DE102014222468A1 - Fließpressverfahren zur Herstellung einer elektrischen Spule und Spule nach diesem Verfahren hergestellt - Google Patents

Fließpressverfahren zur Herstellung einer elektrischen Spule und Spule nach diesem Verfahren hergestellt Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen wenigstens einer, mehrere Windungen und wenigstens zwei Schenkel aufweisenden Spule für eine elektrische Maschine, umfassend zumindest die folgenden Schritte:
e. Bereitstellen eines drahtförmigen Ausgangswerkstücks;
f. Wickeln des drahtförmigen Ausgangswerkstücks zu einer Ausgangsspule, so dass mehrere Windungen und wenigstens zwei Schenkel gebildet sind;
g. Anordnen des gewickelten drahtförmigen Ausgangswerkstücks in einem ringförmigen Spalt eines ersten Umformwerkzeugs;
h. Umformen des drahtförmigen Ausgangswerkstücks in wenigstens einem Umformschritt zu einem Werkstück mit einem der folgenden Verfahren
i. Fließpressen oder
ii. Schmieden;
wobei ein Stempel in den ringförmigen Spalt des ersten Umformwerkzeugs eingeführt wird und sich das Ausgangswerkstück infolge der Umformung an einer inneren Umfangsfläche und an einer äußeren Umfangsfläche des ringförmigen Spalts anlegt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen wenigstens einer, mehrere Windungen und wenigstens zwei Schenkel aufweisenden Spule für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Rotationsmotor und/oder einen Rotationsgenerator mit wenigstens einer Spule.
  • Elektrische Spulen, die im Weiteren nur als Spulen bezeichnet werden, sind allgemein bekannt. Eine solche Spule weist wenigstens eine, meist viele um wenigstens einen ein magnetisches Feld führenden Kern anzuordnende Windungen auf. Diese Windungen bestehen aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere Metall, um einen elektrischen Strom zu führen. Ein solcher, in den Windungen geführter elektrischer Strom, führt zu einer Wechselwirkung mit einem Magnetfeld in dem Kern, um den herum die Windungen angeordnet sind.
  • Eine klassische Spule wird aus einem Kupferdraht gewickelt. Der Kupferdraht weist dabei in der Regel einen kreisförmigen oder rechteckigen Querschnitt auf. Die Drähte der Windungen liegen benachbart zueinander in einem Wickelraum, den sie ausfüllen, bzw. ausfüllen sollten. Aufgrund des meist kreisförmigen Querschnitts des Drahtes und damit jeder Windung bleiben zwischen diesen aneinander liegenden Windungen Zwischenräume. Dadurch ergibt sich für den Wickelraum ein ungünstiger Füllfaktor, nämlich das Verhältnis der effektiven Querschnittsfläche der Kupferleiter zur theoretisch maximalen Querschnittsfläche des Wickelraums, der in diesem Zusammenhang auch als Wickelfenster bezeichnet werden kann.
  • Um diesem Problem zu begegnen, können die Spulen auch gießtechnisch hergestellt werden. Hierdurch ist zumindest theoretisch jede Querschnittsform in den Windungen möglich und damit ein Füllfaktor von bis zu 100 % zumindest theoretisch erreichbar. Außerdem kann so ein einlagiges Spulendesign verwirklicht werden, das den direkten Wärmetransport vom Spuleninneren nach außen an ein Kühlmedium ermöglicht. Ein derartiges Spulendesign ermöglicht eine ideale Spulenkühlung und damit eine Realisierung höherer Leistungen bei gleicher Baugröße. Allerdings erfolgt das Gießen üblicherweise im Feingussverfahren mit verlorener Form, so dass die Herstellung der Spulen sehr kostenintensiv ist. Außerdem können für das Feingussverfahren nur bestimmte Werkstoffe verwendet werden, z. B. Aluminium. Demgegenüber ist Kupfer weniger geeignet, obwohl gerade Kupfer ein für Spulen bevorzugt verwendeter Werkstoff ist.
  • Eine durch ein Gießverfahren hergestellte Spule ist aus der DE 10 2012 212 637 A1 bekannt, die hiermit vollumfänglich in Bezug genommen wird.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden und ein Verfahren anzugeben, dass einerseits eine Großserienfertigung ermöglicht und andererseits kostengünstig ist. Dabei soll das beim Gießen mögliche Spulendesign ebenfalls zumindest weitgehend zu verwirklichen sein. Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen wenigstens einer, mehrere Windungen und wenigstens zwei Schenkel aufweisenden Spule für eine elektrische Maschine, umfassend zumindest die folgenden Schritte:
    • a. Bereitstellen eines drahtförmigen Ausgangswerkstücks;
    • b. Wickeln des drahtförmigen Ausgangswerkstücks zu einer Ausgangsspule, so dass mehrere Windungen und wenigstens zwei Schenkel gebildet sind;
    • c. Anordnen des gewickelten drahtförmigen Ausgangswerkstücks in einem ringförmigen Spalt eines ersten Umformwerkzeugs;
    • d. Umformen des drahtförmigen Ausgangswerkstücks in wenigstens einem Umformschritt zu einem Werkstück mit einem der folgenden Verfahren i. Fließpressen oder ii. Schmieden;
    wobei ein Stempel in den ringförmigen Spalt des ersten Umformwerkzeugs eingeführt wird und sich das Ausgangswerkstück infolge der Umformung an einer inneren Umfangsfläche und an einer äußeren Umfangsfläche des ringförmigen Spalts anlegt.
  • Die elektrische Maschine kann ein rotierender elektrischer Generator und/oder Motor sein. Es kommen auch z. B. linear arbeitende Maschinen, wie z. B. ein Linearmotor in Betracht. Grundsätzlich kann die so hergestellte Spule auch für eine elektrische Einrichtung, wie eine Drossel oder einen Transformator, vorgesehen sein.
  • Die oben bereits angeführte DE 10 2012 212 637 A1 wird explizit vollumfänglich in Bezug genommen. Insbesondere sind die dort angeführten Definitionen auf die vorliegende Anmeldung übertragbar.
  • Der Kern, um den die fertig produzierte Spule anzuordnen ist, weist vorzugsweise ein magnetisch leitendes Material auf und kann auch als Magnetkern bezeichnet werden. Z. B. ist der Kern ein Zahn eines Statorblechpakets (eines Stators) und eine Anordnung der Spule um diesen Zahn führt dazu, dass Abschnitte der Spule in Nuten zwischen diesem Zahn und benachbarten Zähnen des Statorblechpakets liegen.
  • Der Stempel weist insbesondere eine Form auf, die dem ringförmigen Spalt entspricht. Dabei ist der Begriff „ringförmig“ keinesfalls auf kreisförmige oder runde Ringe beschränkt. Vielmehr können auch eckige Ringformen hiervon umfasst sein.
  • Das Ausgangswerkstück wird durch den Stempel zusammengedrückt und verformt. Die Endform ist durch den Stempel und die Form des Spaltes vorgegeben.
  • Insbesondere umfasst der Schritt d. des Verfahrens mehrere Umformschritte, wobei für jeden Umformschritt ein anderes Umformwerkzeug verwendet wird.
  • Insbesondere weist das drahtförmige Ausgangswerkstück vor Schritt d. zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schenkeln einer Windung in zumindest einem Eckbereich eine Draht-Querschnittsfläche auf, die in Form und/oder Größe von der Draht-Querschnittsfläche im Bereich der Schenkel abweicht.
  • Bevorzugt weist das drahtförmige Ausgangswerkstück vor Schritt d. zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schenkeln einer Windung in zumindest einem Eckbereich eine kleinere Draht-Querschnittsfläche auf.
  • Bevorzugt ist die Draht-Querschnittsfläche nach Schritt d. (also insbesondere nach allen Umformschritten) in Schenkeln und Eckbereichen der gesamten Spule gleich groß.
  • Als Eckbereich wird insbesondere der Übergang zwischen zwei Bereichen einer Windung bezeichnet, der sich nicht geradlinig erstreckt.
  • Insbesondere ist es so möglich eine Spule herzustellen, bei der zwischen aufeinanderfolgenden Schenkeln einer Windung zumindest ein Eckbereich vorliegt, dessen Windungs-Innenumfangsfläche und Windungs-Außenumfangsfläche durch jeweils annähernd konstante Radien gebildet sind.
  • Konstante Radien sind insbesondere nur anzustreben, wenn die fertige Spulenform in ihrer Frontansicht und in der Seitenansicht identisch ist (siehe z. B. in 3). Während jedoch bei anderen Ausführungsvarianten die Spulenfrontansicht eher keilförmig ist (z.B. 11 bis 17), wird man sie in der Seitenansicht idealerweise rechteckig ausführen. Hierbei würden sich nur annähernd konstante Radien (Übergang zwischen breiten und weniger breiten Schenkeln) ergeben.
  • Eine Querschnittverjüngung innerhalb der fertigen Spule führt an dieser Stelle zu erhöhtem elektrischen Widerstand und damit zu steigenden Ohmschen Verlusten. Idealerweise entspricht die Querschnittsfläche in den Eckbereichen der fertigen Spule mindestens auch dem der Schenkel. Insbesondere können die Eckbereiche auch komplett mit Material ausgefüllt sein – dann läge jedoch unnötiger Materialüberschuss in den Eckbereichen vor. Tatsächlich wird es aber bei der Fertigung in den Eckenbereichen zu Materialüberschuss kommen, da bedingt durch das Umformverfahren ein Ausweichvolumen vorgehalten werden muss.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der ringförmige Spalt wenigstens eines Umformwerkzeugs so geformt, dass Windungen mit jeweils unterschiedlichen Windungs-Querschnittsflächen herstellbar sind. Insbesondere verjüngt sich der Spalt oder weitet sich auf, so dass unterschiedlich breite Windungs-Querschnittsflächen erzeugt werden, ggf. mit geringerer Höhe.
  • Insbesondere kann als drahtförmiges Ausgangswerkstück ein Draht verwendet werden, der entlang seiner Erstreckung unterschiedlich große Draht-Querschnittsflächen aufweist. Damit können im Rahmen des Verfahrens Windungen mit unterschiedlichen Windungs-Querschnittsflächen und Windungsformen hergestellt werden. Insbesondere kann so die Höhe und Breite einer Windung vorbestimmbar eingestellt werden.
  • Damit können die Windungen in Abhängigkeit von Ihrer Position in Spulenlängsrichtung Windungs-Querschnittsflächen unterschiedlicher Größe und/oder Windungs-Querschnittsflächen unterschiedlicher Form aufweisen. Eine Windung ist hier eine Umrundung des das magnetische Feld führenden Kerns. Es liegt natürlich auch dann eine Windung vor, wenn kein Kern vorhanden ist. Jede Windung ist somit geeignet, einen elektrischen Strom um den Kern herumzuführen. Diese Richtung, in der Strom fließen soll, ist die Windungslängsrichtung. Die Spule ist die Gesamtheit ihrer Windungen. Als Windungs-Querschnittsfläche wird hier eine Fläche bezeichnet, die durch einen Schnitt durch die jeweilige Windung quer zur Windungslängsrichtung entsteht. Diese Windungs-Querschnittsfläche kann für jede oder wenigstens einige Windungen unterschiedlich gewählt werden, nämlich hinsichtlich Größe, also Flächeninhalt und/oder hinsichtlich Form. Damit sind durch das hier vorgeschlagene Umformverfahren die wesentlichen Gestaltungsmöglichkeiten eines Gießverfahrens ebenfalls realisierbar.
  • Bevorzugt umfasst der Schritt d. des Verfahrens zumindest einen Umformschritt, indem das Ausgangswerkstück bzw. das Werkstück und auch ggf. das Umformwerkzeug auf eine geeignete Umformtemperatur (z. B. auf mehr als 100 °C) erwärmt wird.
  • Der erforderliche Wärmeeintrag in das Werkstück kann vorzugsweise durch Stromzufuhr über die genannten Schenkel des Werkstückes erfolgen.
  • Insbesondere wird das Ausgangswerkstück oder das Werkstück und/ oder das Werkzeug vor einem Umformschritt d. mit einem Trennmittel überzogen.
  • Das Trennmittel dient dazu, dass infolge des Umformens keine stoffschlüssigen Verbindungen zwischen aufeinanderliegenden Windungen entstehen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird in einem weiteren Schritt e. die fertig umgeformte Spule auseinandergezogen und mit einer elektrischen Isolierung versehen, so dass jede Windung von der benachbarten Windung elektrisch isoliert ist.
  • Die Erfindung ist weiterhin auf eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Spule gerichtet.
  • Insbesondere liegt zwischen aufeinanderfolgenden Schenkeln einer Windung zumindest ein Eckbereich vor, dessen Windungs-Innenumfangsfläche und Windungs-Außenumfangsfläche durch jeweils konstante Radien gebildet sind.
  • Bevorzugt ist die Spule aus Kupfer oder einer Kupferlegierung oder Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder einer Kupfer-Aluminium-Legierung hergestellt.
  • Die Ausführungen zu dem erfindungsgemäßen Verfahren gelten gleichermaßen für die Spule und umgekehrt.
  • Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
  • Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände. Es zeigen:
  • 1: in einer perspektivischen, geschnittenen Ansicht drei Zähne eines Stators mit unterschiedlichen Spulen;
  • 2: ein drahtförmiges Ausgangswerkstück nach Verfahrensschritt b.;
  • 3: ein Werkstück nach Verfahrensschritt d.;
  • 4: ein drahtförmiges Ausgangswerkstück in einem ersten Umformwerkzeug nach Verfahrensschritt c.;
  • 5: ein Werkstück nach Verfahrensschritt d.;
  • 6: ein Werkstück in einem zweiten Umformwerkzeug vor einem weiteren Schritt d.;
  • 7: ein Werkstück in einem zweiten Umformwerkzeug nach einem weiteren Schritt d.;
  • 8: ein Werkstück in einem dritten Umformwerkzeug vor einem dritten Schritt d.;
  • 9: ein Werkstück in einem dritten Umformwerkzeug nach einem dritten Schritt d.;
  • 10: ein Werkstück in einem vierten Umformwerkzeug vor einem vierten Schritt d.;
  • 11: ein Werkstück in einem vierten Umformwerkzeug nach einem weiteren Schritt d.;
  • 12: ein Werkstück in einem fünften Umformwerkzeug vor einem fünften Schritt d.;
  • 13: ein Werkstück in einem fünften Umformwerkzeug nach einem fünften Schritt d.;
  • 14: ein Werkstück an dem Kern des Stators;
  • 15: eine fertig umgeformte Spule an einem Kern eines Stators;
  • 16: das Werkstück in einem Tauchbad zum Auftragen einer Isolierung; und
  • 17: einen Stator mit Spulen.
  • 1 zeigt mehrere unterschiedliche Spulen 1, die jeweils um einen Kern 4 eines Stators 30 herum angeordnet sind. Hier sollen lediglich die Unterschiede der Spulen 1 verdeutlicht werden. Üblicherweise weist ein Stator 30 lediglich gleichartige Spulen 1 auf. Der Kern 4 weist eine Längsachse auf, die mit der Spulenlängsachse 20 zusammenfällt. Zwischen zwei Kernen 4 des Stators 30 ist jeweils eine Nut 25 gebildet. Jede Spule 1 weist eine Vielzahl von Windungen 2 auf, die sich entlang einer Umfangsrichtung 22 um den Kern 4 herum winden. Jede Spule 1 weist einen ersten und einen gegenüberliegenden zweiten Schenkel 3 auf. Jede Spule 1 weist weiter eine erste Stirnseite 23 und eine zweite Stirnseite 24 auf, zwischen denen sich die Spule 1 entlang der Spulenlängsachse 20 erstreckt.
  • Die links und rechts dargestellten Spulen 1 sind demnach aus Draht gewickelte Spulen 1, wobei bei der linken Spule 1 Windungen 2 mit jeweils runden Draht-Querschnittsflächen 14 gebildet sind. Durch den runden Querschnitt entstehen Zwischenräume zwischen den Windungen 2, die somit zu einem ungünstigen Füllfaktor führen. Bei der rechten Spule 1 werden Windungen 2 durch einen Draht mit einer rechtwinkligen, rechteckigen Draht-Querschnittsfläche 14 gebildet. Dadurch können Zwischenräume zwischen den Windungen 2 minimiert werden. Die Nut 25 zwischen den Kernen 4 lässt sich dennoch nicht optimal ausfüllen, weil zur benachbarten Spule 1 schräge, nicht vollständig ausfüllbare Bereiche entstehen.
  • Die mittlere Spule 1 ist z. B. durch Umformen hergestellt, wobei sich die Windungen 2 entlang der Spulenlängsachse 20 in ihrer Breite 29 verändern und so den vorhandenen Platz zwischen den Kernen 4 optimal ausnutzen. Dabei liegt jeweils immer nur eine Windung 2 in einer Ebene. Der erreichbare Füllfaktor ist entsprechend hoch und eine direkte Wärmeableitung vom Kern 4 in der radialen Richtung 21 nach außen möglich.
  • Bei der mittleren Spule 1 weist jeder Schenkel 3 eine Breite 29 auf, die sich abhängig von der Position entlang der Spulenlängsachse 20 verändern kann. Die Breite 29 bezieht sich auf eine radiale Richtung 21 hin zu den benachbarten Spulen 1 und etwa quer zur Spulenlängsachse 20. Im gezeigten Fall eines Stators 30 bezieht sich die Breite 29 etwa auf eine Drehrichtung der elektrischen Maschine, von der der Stator 30 einen Teil bildet.
  • 2 zeigt ein drahtförmiges Ausgangswerkstück 33 nach Verfahrensschritt b. Das drahtförmige Ausgangswerkstücks 33 ist gemäß Verfahrensschritt a. bereitgestellt und bereits zu einer Ausgangsspule gewickelt worden, so dass mehrere Windungen 2 und wenigstens zwei, einander gegenüberliegende Schenkel 3 gebildet sind. Weiter sind einander gegenüberliegende Seiten 26 gebildet, so dass sich entlang der Windungslängsrichtung 27 Seiten 26 und Schenkel 3 jeweils abwechseln. Zwischen jeder Seite 26 und jedem Schenkel 3 sind jeweils Eckbereiche 13 vorgesehen. In diesen Eckbereichen 13 weist das drahtförmige Ausgangswerkstücks 33 eine jeweils kleinere Draht-Querschnittsfläche 14 (als im Bereich der Schenkel 3 und Seiten 26) auf. Weiter ist hier ein Detail II gezeigt, in dem die Draht-Querschnittsfläche 14 vergrößert dargestellt ist. Das drahtförmige Ausgangswerkstücks 33 weist in der Spulenlängsrichtung 20 eine Höhe 28 und in der radialen Richtung 21 eine Breite 29 auf.
  • 3 zeigt ein Werkstück 7 nach Verfahrensschritt d. Das drahtförmige Ausgangswerkstück 33 ist also in zumindest einem Umformschritt d. so umgeformt worden, dass nun Windungen 2 mit (hier) gleichförmigen Windungs-Querschnittsflächen 15 vorliegen. Höhe 28 und Breite 29 jeder Windungs-Querschnittsfläche 15 sind wie für die Draht-Querschnittsfläche 14 definiert (siehe 2). Es sind mehrere Windungen 2 und wenigstens zwei, einander gegenüberliegende Schenkel 3 gebildet. Weiter sind einander gegenüberliegende Seiten 26 gebildet, so dass sich entlang der Windungslängsrichtung 27 Seiten 26 und Schenkel 3 jeweils abwechseln. Zwischen jeder Seite 26 und jedem Schenkel 3 sind jeweils Eckbereiche 13 vorgesehen, deren Windungs-Innenumfangsflächen 18 und Windungs-Außenumfangsfläche 19 durch jeweils konstante (gleich große, sich nicht verändernde) Radien 34 gebildet sind.
  • 4 zeigt ein drahtförmiges Ausgangswerkstück 33 in einem ersten Umformwerkzeug 6 nach Verfahrensschritt c. Das Ausgangswerkstück 33 ist in dem ringförmigen Spalt 5 des ersten Umformwerkzeugs 6 angeordnet. Ein Stempel 8 kann in den ringförmigen Spalt 5 eingeführt werden.
  • 5 zeigt ein Werkstück 7 nach Verfahrensschritt d. Der Stempel 8 ist in den ringförmigen Spalt 5 des ersten Umformwerkzeugs 6 eingeführt, so dass sich das Ausgangswerkstück 33 infolge der Umformung an einer inneren Umfangsfläche 9 und an einer äußeren Umfangsfläche 10 des ringförmigen Spalts 5 anlegt. Das erste Umformwerkzeug 6 weist einen Kern 4 auf, der die innere Umfangsfläche 9 des ringförmigen Spalts 5 bildet.
  • 6 zeigt ein Werkstück 7 in einem zweiten Umformwerkzeug 11 vor einem weiteren Schritt d.
  • 7 zeigt ein Werkstück 7 in einem zweiten Umformwerkzeug 11 nach einem weiteren Schritt d.
  • 8 zeigt ein Werkstück 7 in einem dritten Umformwerkzeug 12 vor einem dritten Schritt d.
  • 9 zeigt ein Werkstück 7 in einem dritten Umformwerkzeug 12 nach einem dritten Schritt d.
  • 10 zeigt ein Werkstück 7 in einem vierten Umformwerkzeug 31 vor einem vierten Schritt d. Es ist erkennbar, dass mit diesem vierten Umformwerkzeug 31 Schenkel 3 erzeugt werden, die jeweils eine, entlang der Spulenlängsachse 20 sich verändernde, Breite 29 aufweisen.
  • 11 zeigt ein Werkstück 7 in einem vierten Umformwerkzeug 31 nach einem weiteren Schritt d.
  • 12 zeigt ein Werkstück 7 in einem fünften Umformwerkzeug 32 vor einem fünften Schritt d. Hier wird die Breite 29 jedes Schenkels 29 weiter angepasst.
  • 13 zeigt ein Werkstück 7 in einem fünften Umformwerkzeug 32 nach einem fünften Schritt d.
  • 14 zeigt ein Werkstück 7 an dem Kern 4 des Stators 30. Die Breite 29 eines jeden Schenkels 3 ist so ausgeführt, dass die Nut 25 zwischen benachbarten Kernen 4 des Stator 30 möglichst optimal ausgefüllt ist.
  • 15 zeigt eine fertig umgeformte Spule 1 an einem Kern 4 eines Stators 30; und
  • 16 zeigt das Werkstück 7 in einem Tauchbad zum Auftragen einer Isolierung 17. Dabei wird das fertig umgeformte Werkstück 7 (die Spule 1) in einem weiteren Schritt e. auseinandergezogen und mit einer elektrischen Isolierung 17 versehen, so dass jede Windung 2 von der benachbarten Windung 2 elektrisch isoliert ist.
  • Insbesondere kann in gleicher Weise ein Trennmittel 16 aufgebracht werden. Dabei wird das Ausgangswerkstück 33 oder das Werkstück 7 vor einem Umformschritt d. mit einem Trennmittel 16 überzogen.
  • 17 zeigt einen Stator 30 mit Spulen 1. Die Spulen 1 sind um Kerne 4 angeordnet, die durch Nuten 25 voneinander beabstandet sind. In den Nuten 25 erstrecken sich jeweils die Schenkel 3 einer Spule 1.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Spule
    2
    Windung
    3
    Schenkel
    4
    Kern
    5
    Spalt
    6
    erstes Umformwerkzeug
    7
    Werkstück
    8
    Stempel
    9
    innere Umfangsfläche
    10
    äußeren Umfangsfläche
    11
    zweites Umformwerkzeug
    12
    drittes Umformwerkzeug
    13
    Eckbereich
    14
    Draht-Querschnittsfläche
    15
    Windungs-Querschnittsflächen
    16
    Trennmittel
    17
    Isolierung
    18
    Windungs-Innenumfangsfläche
    19
    Windungs-Außenumfangsfläche
    20
    Spulenlängsachse
    21
    radiale Richtung
    22
    Umfangsrichtung
    23
    erste Stirnseite
    24
    zweite Stirnseite
    25
    Nut
    26
    Seite
    27
    Windungslängsrichtung
    28
    Höhe
    29
    Breite
    30
    Stator
    31
    viertes Umformwerkzeug
    32
    fünftes Umformwerkzeug
    33
    Ausgangswerkstück
    34
    Radius
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102012212637 A1 [0005, 0009]

Claims (11)

  1. Verfahren zum Herstellen wenigstens einer, mehrere Windungen (2) und wenigstens zwei Schenkel (3) aufweisenden Spule (1) für eine elektrische Maschine, umfassend zumindest die folgenden Schritte: a. Bereitstellen eines drahtförmigen Ausgangswerkstücks (33); b. Wickeln des drahtförmigen Ausgangswerkstücks (33) zu einer Ausgangsspule, so dass mehrere Windungen (2) und wenigstens zwei Schenkel (3) gebildet sind; c. Anordnen des gewickelten drahtförmigen Ausgangswerkstücks (33) in einem ringförmigen Spalt (5) eines ersten Umformwerkzeugs (6); d. Umformen des drahtförmigen Ausgangswerkstücks (33) in wenigstens einem Umformschritt zu einem Werkstück (7) mit einem der folgenden Verfahren i. Fließpressen oder ii. Schmieden; wobei ein Stempel (8) in den ringförmigen Spalt (5) des ersten Umformwerkzeugs (6) eingeführt wird und sich das Ausgangswerkstück (3) infolge der Umformung an einer inneren Umfangsfläche (9) und an einer äußeren Umfangsfläche (10) des ringförmigen Spalts (5) anlegt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt d. des Verfahrens mehrere Umformschritte umfasst, wobei für jeden Umformschritt ein anderes Umformwerkzeug (6, 11, 12, 31, 32) verwendet wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das drahtförmige Ausgangswerkstück (3) vor Schritt d. zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schenkeln (3) einer Windung (2) in zumindest einem Eckbereich (13) eine Draht-Querschnittsfläche (14) aufweist, die in Form und/oder Größe von der Draht-Querschnittsfläche (14) im Bereich der Schenkel (3) abweicht.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das drahtförmige Ausgangswerkstück (3) vor Schritt d. zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schenkeln (3) einer Windung (2) in zumindest einem Eckbereich (13) eine kleinere Draht-Querschnittsfläche (14) aufweist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der ringförmige Spalt (5) wenigstens eines Umformwerkzeugs (6, 11, 12, 31, 32) so geformt ist, dass Windungen (2) mit jeweils unterschiedlichen Windungs-Querschnittsflächen (15) herstellbar sind.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt d. des Verfahrens zumindest einen Umformschritt umfasst, indem das Ausgangswerkstück (33) oder das Werkstück (7) und ggf. auch das Umformwerkzeug (6, 11, 12, 31, 32) auf eine vorbestimmte Umform-Temperatur erhitzt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ausgangswerkstück (33) oder das Werkstück (7) und/ oder das Umformwerkzeug (6, 11, 12, 31, 32) vor einem Umformschritt d. mit einem Trennmittel (16) überzogen wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem weiteren Schritt e. die fertig umgeformte Spule (1) auseinandergezogen und mit einer elektrischen Isolierung (17) versehen wird, so dass jede Windung (2) von der benachbarten Windung (2) elektrisch isoliert ist.
  9. Spule (1), hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.
  10. Spule (1) nach Anspruch 9, wobei zwischen aufeinanderfolgenden Schenkeln (3) einer Windung (2) zumindest ein Eckbereich (13) vorliegt, dessen Windungs-Innenumfangsfläche (18) und Windungs-Außenumfangsfläche (19) durch jeweils annähernd konstante Radien gebildet sind.
  11. Spule (1) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei die Spule (1) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung oder Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder einer Kupfer-Aluminium-Legierung hergestellt ist.
DE102014222468.3A 2014-11-04 2014-11-04 Fließpressverfahren zur Herstellung einer elektrischen Spule und Spule nach diesem Verfahren hergestellt Pending DE102014222468A1 (de)

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