-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formlitzen gemäß Anspruch 1, ein Verfahren zur Herstellung eines Elektromotors gemäß Anspruch 10, sowie die Verwendung einer Formlitze gemäß Anspruch 11 sowie eine Formlitze nach Anspruch 12.
-
Formlitzen sind Litzen, d.h. verdrillte oder unverdrillte Drahtbüschel, welche kompaktiert werden und damit eine bestimmte Querschnittsform, meist eine rechteckige Querschnittsform, erhalten.
-
Formlitzen können als Segmentleiter in elektrischen Maschinen, insbesondere in Statoren, Einsatz finden. Segmentleiter sind Leiterabschnitte, welche z.B. in Statornuten eingelegt oder eingezogen werden. Die überstehenden Enden zweier Formlitzen können dann unmittelbar zu Halbspulen verbunden werden. Die Halbspulen werden durch entsprechendes Verbinden auf der gegenüberliegenden Seite des Stators gleichfalls verbunden. Dabei können verschiedene Wicklungsmuster realisiert werden, z.B. eine konzentrierte Wicklung oder - von besonderem Interesse - eine Wellenwicklung. Wellenwicklung meint, dass sich schlussendlich (drei) durchgehende Leiterstränge um die Statornuten herummäandern. Bei einer dreiphasigen Maschine ist dies beispielsweise aus der
US9035526B2 oder
DE10113831 B4 bekannt.
-
Als Draht für Formlitzen kommt vorzugsweise isolierter Draht, insbesondere Lackdraht in Frage.
-
In den Endabschnitten (Formlitzköpfe) sind die Einzeldrähte zwecks weiterer Kontaktierung elektrisch und mechanisch miteinander verbunden. Dies erfolgt z.B. mit Ultraschall- oder Elektrodenschweißen, wobei hierfür meist eine Hülse verwendet wird. Stets wird der im Formlitzkopf vorhandene Isolationslack der Drähte teils verbrannt, teils herausgequetscht.
-
Die Verbindung zweier Formlitzen kann direkt erfolgen, z.B. durch Verschweißen zweier Formlitzköpfe. Die Formlitzköpfe sind zu diesem Zweck verhülst, insbesondere mit einer Hülse verpresst oder verschweisst. Dies aus zwei Gründen, zum einen um eine definierte Verbindungsfläche für das Verschweißen zu schaffen, zum anderen, um die Drahtenden im Formlitzkopf elektrisch und mechanisch miteinander zu verbinden. Beispiele hierzu sind z.B. in der
EP3051669A1 angegeben.
-
Nachteilig ist die hohe Komplexität einer Fertigungsanlage, z.B. Verseilungsanlagen, welche eine Formlitze bzw. einen Formlitzrohling herstellt.
-
Hier setzt die vorliegende Erfindung an und macht es sich zur Aufgabe, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Formlitze vorzuschlagen, insbesondere ein Verfahren vorzuschlagen, welches die zuvor genannten Nachteile überwindet, vorzugsweise ein Verfahren zur Herstellung einer Formlitze vorzuschlagen, welches eine sichere elektrische und mechanische Verbindung der Einzeldrähte in einem Formlitzkopf untereinander sowie gegebenenfalls mit einer Hülse ermöglicht.
-
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben sind selbstverständlich auch im Zusammenhang mit den beschriebenen Vorrichtungen und umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
-
Ein in der Regel von einer Rolle zugeführter isolierter Draht wird zunächst in einer Umformeinrichtung in mindestens eine Halbschlaufe, Ring oder Wendel umgeformt. Es kann nur ein einziger Draht verwendet werden. Eine Synchronisation einer Vielzahl von Drähten entfällt. Ferner kann auf eine aufwändige Verseilanlage verzichtet werden. Grundsätzlich kann auch der Arbeitsschritt, das Ende der Formlitze zuzuschneiden bzw. abzuschneiden, entfallen. Nachdem die Drahtabschnitte im Kopfende ohnehin elektrisch miteinander verbunden werden sollen, sind die im Kopf vorliegenden Schlaufen nicht hinderlich, sondern sogar vorteilhaft. Nach dem Umformen kann die Wendel oder der mindestens eine Ring bzw. Halbschlaufe verdrillt und entsprechend kompaktiert werden. Das Kompaktieren erfolgt vorzugsweise in einer Kompaktiereinrichtung, wobei das verdrillte Drahtpaket in einem Kompaktierprozess zu der Formlitze mit definierter Außenkontur verpresst wird. Die elektrische und mechanische Verbindung der Einzeldrähte der Formlitze im Kopfbereich kann anschließend mit einem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, gegebenenfalls unter Einsatz von Hülsen, erfolgen.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Merkmalen der Unteransprüche. Die Gegenstände bzw. Merkmale der verschiedenen Ansprüche können grundsätzlich beliebig miteinander kombiniert werden.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Umformen in einer als Wicklungshalter ausgestalteten Umformeinrichtung vorgenommen wird. Ein Wicklungshalter weist in der Regel zwei oder vier parallel angeordnete Finger auf und ist wahlweise mit oder ohne Drehachse ausgestaltet. Nach Art einer Haspel kann dort Draht aufgewickelt oder aufgeschoben und in Form gebracht werden. Eine derartige Ausgestaltung eignet sich insbesondere zur Umformung der Drahtes in mindestens einen Ring oder eine Wendel, wobei die Form im Wesentlichen von der Beabstandung und Ausgestaltung der Finger abhängt, jedoch grundsätzlich einem Rechteck mit vorzugsweise abgerundeten Ecken nahekommen sollte, insbesondere da dieses Gebilde in einem nachfolgenden Prozessschritt zu einer länglichen Formlitze verdrillt werden soll. Insofern ergeben sich für die Wendel, aber auch für den Ring, im Wesentlichen zwei Langseiten und zwei Kurzseiten. Auch eine Ausgestaltung mit nur einem Finger ist denkbar, die sich im Wesentlichen dazu eignet, dass ein Draht dort zu einer Halbschlaufe umgeformt wird. In diesem Falle ergeben sich entsprechend zwei Langseiten und eine die beiden Langseiten verbindende Kurzseite.
-
Als nachteilig wurde ferner erkannt, dass die um den Einzeldraht angebrachte Isolationsschicht hinderlich für den Verbindungsvorgang der Einzeldrähte im Formlitzkopf ist sowie aufgrund von Lackresten ebenfalls hinderlich für den Verbindungsvorgang zweier Formlitzköpfe miteinander ist, insbesondere auf Grund von Rauchentwicklung, Austreten von Isolationslack-Resten aus dem Formlitzkopf, unsichere Verbindung aufgrund undefinierter Menge und Verteilung von Isolationslackresten im Formlitzkopf etc.
-
Es wurde insbesondere das lokal begrenzte Verdampfen des Isolationslackes der Einzeldrähte sowohl für die Einzelfertigung (Batchfertigung) als auch kontinuierliche Fertigung (als Endlos-Draht) vorgeschlagen. Problematisch ist hierbei die Synchronisation der Einzeldrähte, so dass die lokal abisolierten Teilstücke der Einzeldrähte bündig übereinander zu liegen kommen.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt ein partielles Abisolieren des Drahtes bzw. der Halbschlaufe, Ring oder Wendel mit einer Abisoliereinrichtung, wobei das partielle Abisolieren nach dem Umformen und vor dem Verdrillen, insbesondere an den Langseiten oder an den Kurzseiten zwischen Fingern eines Wicklungshalters, vorgenommen wird, oder die partielle Abisolierung vor dem Umformen, insbesondere an dem gerade oder im Wesentlichen gerade zulaufenden isolierten Draht, vorgenommen wird. Im Rahmen der ersten Variante wird die partielle Abisolierung zu einem Zeitpunkt vorgenommen, zu dem die Form der zu verdrillenden mindestens einen Halbschlaufe, Ring oder Wendel bereits feststeht. Insofern kann auf einfache Art und Weise sichergestellt werden, dass die abisolierten Bereiche an den richtigen Stellen sind, nämlich an den Stellen, an welchen die Einzeldrähte eine elektrische Verbindung untereinander und gegebenenfalls mit einer Hülse eingehen sollen. Alternativ kann das partielle Abisolieren aber auch vor dem Umformen, insbesondere an dem gerade oder im Wesentlichen gerade zulaufenden isolierten Draht, vorgenommen werden.
-
Das partielle Abisolieren kann vorzugsweise mechanisch und/oder abrasiv, insbesondere durch Schleifen und/oder Sandstrahlen, und/oder chemisch und/oder thermisch, insbesondere unter Einsatz von Kälte- Verspröden, Lasersublimation, Induktionserhitzen, erfolgt. Diese Auswahl ist nicht abschließend. Die vorgenannten Verfahren eignen sich jedoch in besonders vorteilhafter Weise für den industriellen Einsatz.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Verdrillen der mindestens einen Halbschlaufe, Ring oder Wendel mit einer Verdrilleinrichtung erfolgt, wobei die Verdrilleinrichtung insbesondere einen ersten Greifer für das erste distale Ende der mindestens einen Halbschlaufe, Ring oder Wendel, sowie insbesondere einen zweiten Greifer für das zweite distale Ende der mindestens einen Halbschlaufe, Ring oder Wendel aufweist, wobei die Greifer insbesondere um oder in etwa um die Längsachse der mindestens einen Halbschlaufe, Ring oder Wendel verdreht werden.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der erste Greifer durch einen ersten Finger und der zweite Greifer durch einen zweiten Finger oder ein Zangenwerkzeug gebildet werden. Eine derartige Ausgestaltung der Verdrilleinrichtung eignet sich vorzugsweise für das Verdrillen einer Halbschlaufe. Insbesondere kann der offene Teil der Halbschlaufe von dem Zangenwerkzeug ergriffen werden, während der geschlossene Teil von dem Finger ergriffen werden kann.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Verdrilleinrichtung in die Umformeinrichtung integriert ist bzw. das Verdrillen in der Umformeinrichtung ausgeführt wird. Diese Maßnahme dient der Prozessoptimierung, dergestalt, dass Übergaben der mindestens einen Halbschlaufe, Ring oder Wendel vermieden werden können. In diesem Zusammenhang kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Umformeinrichtung, insbesondere der Wicklungshalter, mit entsprechender Mechanik ausgestattet ist, dass die Finger derart verschwenkt werden können, dass die ohnehin auf den Fingern aufgenommene mindestens eine Halbschlaufe, Ring oder Wendel verdrillt werden kann.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der isolierte Draht und/oder das Drahtpaket zumindest abschnittsweise mit einem Backlack beaufschlagt wird. Der Backlack kann Einzeldrähte gegeneinander mechanisch fixieren. Dies betrifft insbesondere Vibrationen, die beim Durchfluss von Wechselstrom auftreten.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das mechanische und elektrische Verbinden der Drahtabschnitte in den Kopfenden ohne Hülsen.
-
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Elektromotors vorzuschlagen.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 10 gelöst. Dadurch dass die dort verwendete Formlitze gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist, können die dort erreichten Vorteile für den Bau von Elektromotoren nutzbar gemacht werden.
-
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine vorteilhafte Verwendung der erfindungsgemäß hergestellten Formlitze aufzuzeigen.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Verwendung gemäß Anspruch 11 gelöst. Vorzugsweise kann die erfindungsgemäß hergestellte Formlitze in dem Rotor bzw. Stator eines Elektromotors verwendet werden.
-
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine verbesserte Formlitze vorzuschlagen.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Formlitze mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen
- 1 eine gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Formlitze;
- 2 ein Stator eines Elektromotors, insbesondere eines elektrischen Traktionsmotors, z.B. für ein Automobil, mit einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formlitze in einer seitlichen Ansicht;
- 3 ein Stator eines Elektromotors, insbesondere eines elektrischen Traktionsmotors, z.B. für ein Automobil, mit einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formlitze in einer stirnseitigen Ansicht;
- 4.1 Umformen eines isolierten Drahtes in eine Wendel auf einem Wicklungshalter mit zwei Fingern;
- 4.1a eine Draufsicht auf den Wicklungshalter gemäß 4.1;
- 4.2 partielles Abisolieren des Drahtes auf dem Wicklungshalter gemäß 4.1/4.1a;
- 4.3 Verdrillen des Drahtes auf dem Wicklungshalter / Verdrilleinrichtung;
- 5.1 Umformen eines isolierten Drahtes in eine Wendel auf einem Wicklungshalter mit vier Fingern;
- 5.1a eine Draufsicht auf den Wicklungshalter gemäß 5.1;
- 5.2 partielles Abisolieren der Wendel auf dem Wicklungshalter gemäß 5.1/5.1a;
- 5.3/5.4 Übernahme der Wendel von dem Vierfinger-Wicklungshalter auf einen Zweifinger -Wicklungshalter;
- 5.5 Verdrillen der Wendel auf dem Wicklungshalter / Verdrilleinrichtung
- 6.1 partielles Abisolieren des isolierten Drahtes vor dem Umformen auf einem Wicklungshalter - Umformen eines partiell abisolierten Drahtes in eine Wendel auf einem Wicklungshalter mit zwei Fingern;
- 6.1a eine Draufsicht auf den Wicklungshalter gemäß 6.1;
- 6.2 Verdrillen der Wendel auf dem Wicklungshalter / Verdrilleinrichtung;
- 7 ein Wicklungshalter mit einem Finger und einer Halbschlaufe (Draufsicht / seitliche Ansicht);
- 8 ein Wicklungshalter mit zwei Fingern und einem Ring (Draufsicht / seitliche Ansicht);
- 9 eine Verdrilleinrichtung mit einem Finger, einem Zangenwerkzeug und einer Halbschlaufe;
- 10.1 - 10.5 Kompaktieren des verdrillten Drahtpaketes in einer Presse;
- 11 Elektrodenschweißen der Kopfenden der Formlitze zum elektrischen und mechanischen Verbinden der dort liegenden Drahtabschnitte.
-
Ausgangspunkt eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Formlitze ist ein isolierter Draht 1, vorzugsweise ein lackisolierter Draht. Es handelt sich hierbei um einen elektrisch leitfähigen Draht, vorzugsweise aus Kupfer, Aluminium bzw. Kupfer- und/oder Aluminiumlegierungen. Der isolierte Draht kann auch noch eine weitere Umhüllung, beispielsweise in Form von Backlack, aufweist. Der isolierte Draht liegt in der Regel auf einer Rolle vor, von welcher der Draht abgerollt und dem Herstellungsprozess als gerader oder im Wesentlichen gerade zulaufender Draht zugeführt wird. Hiermit ist gemeint, dass der Draht von einer Rolle abgewickelt wird und erst in dem Umformprozess zu der angedachten Gestalt der Halbschlaufe, Ring oder Wendel umgeformt wird.
-
Ergebnis des Herstellungsprozesses ist eine Formlitze F. Die Formlitze umfasst einen erstes Kopfende sowie ein zweites Kopfende. Die Kopfenden der Formlitze (genauer die dort befindlichen Drahtabschnitte) sind elektrisch und mechanisch untereinander verbunden, wobei dies mithilfe von Hülsen H1 bzw. H2 erfolgen kann. Zwischen den Kopfenden ist ein Drahtpaket D angeordnet. Das Drahtpaket besteht aus einer Anzahl von Drähten, die in der Regel miteinander verdrillt sind und als Drahtpaket vorzugsweise von einer Hauptisolationsschicht umgeben sind. Die Formlitze ist zudem kompaktiert und weist vorzugsweise eine rechteckförmige oder trapezförmige Querschnittsfläche auf.
-
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von Formlitze umfasst mindestens die Prozessschritte
- - Umformung eines isolierten Drahtes in mindestens eine Halbschlaufe, Ring oder Wendel auf einer Umformeinrichtung 2
- - optional ein partielles Abisolieren der mindestens einen Halbschlaufe, Ring oder Wendel mit einer Abisoliereinrichtung 3
- - Verdrillen der partiell abisolierten mindestens einen Halbschlaufe, Ring oder Wendel in ein Drahtpaket mit einer Verdrilleinrichtung 4
- - Kompaktieren des Drahtpaketes mit einer Kompaktiereinrichtung 5
-
Unter Wendel soll eine spiralförmige Struktur mit mehreren Windungen verstanden werden. Die Enden sind in der Regel nicht miteinander verbunden. Grundsätzlich ist es aber möglich, die Enden der Wendel zu verbinden. Die Wendel muss nicht zwangsläufig kreisrund ausgestaltet sein, vielmehr weist die Wendel eine eher rechteckförmige Gestalt mit abgerundeten Ecken auf. Insofern kann von zwei Langseiten 2a und zwei Kurzseiten 2b der Wendel gesprochen werden.
-
Unter Ring soll eine in sich geschlossene Struktur eines Drahtes mit der Windungszahl 1 verstanden werden, sprich die Enden sind miteinander verbunden. Der Ring muss nicht zwangsläufig kreisrund ausgestaltet sein, vielmehr weist der Ring eine eher rechteckförmige Gestalt mit abgerundeten Ecken auf. Insofern kann von zwei Langseiten 2a und zwei Kurzseiten 2b des Rings gesprochen werden.
-
Unter Halbschlaufe soll eine einseitig offene, U-förmige Struktur gemeint sein. Der Draht beschreibt keine vollständige Windung und die Enden sind nicht miteinander verbunden. Insofern kann von zwei Langseiten 2a und einer Kurzseite 2b der Halbschlaufe gesprochen werden.
-
Zu den einzelnen Verfahrensschritten wird nachfolgend ausgeführt:
-
Umformen
-
Das Umformen erfolgt in einer Umformeinrichtung 2. Als Umformeinrichtung kommen sogenannte Wicklungshalter in Frage.
-
In einer einfachsten Ausführungsform weist der Wicklungshalter einen Finger 2.1 auf, über den der isolierte Draht gewissermaßen aufgelegt und zu einer Halbschlaufe umgeformt wird. Es können mehrere Drähte hintereinander auf den Finger aufgelegt und entsprechend zu mehreren Halbschlaufen umgeformt werden. Die resultierenden Halbschlaufen können nebeneinander und/oder übereinander auf dem Finger aufliegen.
-
In einer weiteren Ausführungsform kann der Wicklungshalter zwei Finger 2.1, 2.2 aufweisen. Die beiden Finger sind parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet und voneinander beabstandet. Es können eine oder mehrere Ringe des isolierten Drahtes auf den Wicklungshalter aufgeschoben werden. Die Ringe können nebeneinander und/oder übereinander auf den Fingern aufliegen.
-
In einer weiteren Ausführungsform kann der Wicklungshalter zwei Finger 2.1, 2.2 und eine Drehachse R aufweisen. Die Drehachse ist vorzugsweise zwischen den Fingern und parallel zu den Fingern angeordnet. Im Wesentlichen handelt es sich hier um eine Art Haspel, auf der der isolierte Draht zu einer Wendel gewickelt werden kann. Die Drähte der Wendel können nebeneinander und/oder übereinander angeordnet sein.
-
In einer weiteren Ausführungsform kann der Wicklungshalter vier Finger 2.1 bis 2.4 aufweisen. Die vier Finger sind parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet und voneinander beabstandet. In einer Draufsicht bilden die vier Finger vorzugsweise die Ecken eines Vierecks oder Quadrats. Es können eine oder mehrere Ringe des isolierten Drahtes auf den Wicklungshalter aufgeschoben werden. Die Ringe können nebeneinander und/oder übereinander auf den Fingern aufliegen.
-
In einer weiteren Ausführungsform kann der Wicklungshalter vier Finger 2.1 bis 2.4 und eine Drehachse R aufweisen. Die vier Finger sind parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet und voneinander beabstandet. In einer Draufsicht bilden die vier Finger vorzugsweise die Ecken eines Vierecks oder Quadrats. Die Drehachse ist vorzugsweise zwischen den Fingern, gewissermaßen in der Mitte des Rechtecks oder Quadrats und parallel zu den Fingern angeordnet. Im Wesentlichen handelt es sich hier um eine Art Haspel, auf der der isolierte Draht zu einer Wendel gewickelt werden kann. Die Drähte der Wendel können nebeneinander und/oder übereinander angeordnet sein.
-
Grundsätzlich kommt auch eine Variante mit drei oder mehr Fingern in Frage.
-
Ergebnis des Umformprozesses ist das Umformen eines isolierten Drahtes in mindestens eine Halbschlaufe, Ring oder Wendel.
-
Abisolieren
-
Das partielle Abisolieren der mindestens einen Halbschlaufe, Ring oder Wendel erfolgt mit einer Abisoliereinrichtung 3. Das partielle Abisolieren der isolierten mindestens einen Halbschlaufe, Ring oder Wendel kann mechanisch bzw. abrasiv, insbesondere durch Schleifen und/oder Sandstrahlen erfolgen. Auch chemische und/oder thermische Verfahren, insbesondere unter Einsatz von Kälte- Verspröden, Lasersublimation, Induktionserhitzen usw. sind denkbar. Grundsätzlich ist hier jedes Verfahren denkbar, welches ein Entfernen der Isolation des Drahtes ermöglicht. Mit partiellem Abisolieren ist gemeint, dass ein sich in Längsrichtung erstreckender Abschnitt des isolierten Drahtes von dem Isolationsmaterial befreit wird, wobei „Befreiung“ in technisch relevanten Kategorien gemeint sein soll. Falls der isolierte Draht noch mit weiteren Komponenten, wie beispielsweise Backlack, beschichtet ist, wird diese Komponente ebenfalls entfernt. Im Wesentlichen kommt es darauf an, dass eine elektrisch leitfähige Oberfläche des Drahtes freigelegt wird.
-
Der isolierte Draht 1 ist grundsätzlich noch auf der jeweiligen Umformeinrichtung 2 gehalten, so dass eine Abisolierung grundsätzlich an denjenigen Abschnitten der mindestens einen Halbschlaufe, Ring oder Wendel in Frage kommt, die frei liegen oder anders ausgedrückt, nicht mit einem Finger in Berührung stehen. Je nach Umformeinrichtung ergeben sich hier bevorzugte Abschnitte, die abisoliert werden sollen bzw. können.
-
Im Falle des Wicklungshalters mit einem Finger kommt der Bereich der Halbschlaufe unmittelbar neben dem Finger und endseitig der Halbschlaufe in Frage.
-
Im Falle des Wicklungshalters mit zwei Fingern kommen die Bereiche der Wendel bzw. der Ringe unmittelbar neben den Fingern in Frage. Gewissermaßen werden die Enden der Langseiten 2a abisoliert.
-
Im Falle des Wicklungshalters mit vier Fingern kommen die Bereiche der Wendel bzw. der Ringe zwischen zwei Fingern in Frage, vorzugsweise auf den kürzeren Abschnitten der Wendel bzw. der Ringe, wenn die Finger beispielsweise die Ecken eines Rechtecks bilden. Gewissermaßen werden die Kurzseiten abisoliert.
-
Ergebnis des Abisolierprozesses ist eine Wendel bzw. Ringe oder Halbschlaufen mit teilweise abisolierten Drähten.
-
Verdrillen
-
Das Verdrillen der Wendel bzw. der Ringe oder Halbschlaufen erfolgt über eine Verdrilleinrichtung 4. Im Wesentlichen umfasst die Verdrilleinrichtung einen ersten Greifer 4.1 für das erste distale Ende der Wendel bzw. der Ringe oder Halbschlaufen, sowie einen zweiten Greifer 4.2 für das zweite distale Ende der Wendel bzw. der Ringe oder Halbschlaufen. Die Greifer werden in etwa um die Längsachse der Wendel bzw. Wendel bzw. der Ringe oder Halbschlaufen verdreht, so dass die Drähte verdrillt werden.
-
In einer ersten Ausführungsform der Verdrilleinrichtung werden der erste Greifer durch einen Finger und der zweite Greifer durch ein Zangenwerkzeug gebildet. Diese Verdrilleinrichtung eignet sich bevorzugt für das Verdrillen von Halbschlaufen. Das Zangenwerkzeug ergreift die freien Enden der Halbschlaufen, während der Finger die Kurzseiten der Halbschlaufen ergreift. Insoweit kann der erste Finger der Verdrilleinrichtung auch der erste Finger der Umformeinrichtung sein. Die Umformeinrichtung kann in diesem Fall mit einer zusätzlichen Mechanik ausgestattet sein, die ein Verdrehen von Finger und Zangenwerkzeug gegeneinander ermöglicht.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform der Verdrilleinrichtung werden der erste Greifer durch einen ersten Finger und der zweite Greifer durch einen zweiten Finger gebildet. Diese Verdrilleinrichtung eignet sich bevorzugt für das Verdrillen der Wendel bzw. der Ringe. Die Finger ergreifen die jeweils distalen Wendelenden bzw. Ringenden, sprich die Kurzseiten. Insoweit kann der erste Finger der Verdrilleinrichtung auch der erste Finger bzw. der zweite Finger der Verdrilleinrichtung der zweite Finger der Umformeinrichtung sein. Die Umformeinrichtung kann in diesem Fall mit einer zusätzlichen Mechanik ausgestattet sein, die ein Verdrehen der Finger gegeneinander ermöglicht.
-
Soweit die Umformeinrichtung mit vier Fingern ausgestattet ist, können die hierauf aufgewickelten Ringe bzw. die Wendel an eine Verdrilleinrichtung mit zwei Fingern übergeben werden. Das Verdrillen erfolgt dann bevorzugt mit dieser Verdrilleinrichtung. Hierzu kann auf die oben gemachten Ausführungen verwiesen werden.
-
Ergebnis des Verdrillprozesses ist ein verdrilltes Drahtpaket.
-
Kompaktieren
-
Das Kompaktieren erfolgt in einer Kompaktiereinrichtung 5, insbesondere einer Presse.
-
Das verdrillte Drahtpaket wird in einem Kompaktierprozess zu einer Formlitze F verpresst. Durch die vorausgegangenen Verfahrensschritte ist sichergestellt, dass die jeweiligen distalen Enden des verdrillten Drahtpaketes abisoliert sind. Falls die Enden noch teilweise isolierten Draht enthalten, können diese, aber nicht notwendigerweise, abgeschnitten werden.
Ergebnis des Kompaktierprozesses ist eine Formlitze F.
-
Die Endabschnitte der Formlitzen können anschließend in einem weiteren Prozessschritt elektrisch und mechanisch miteinander verbunden werden 11 zeigt ein Elektrodenschweißvefahren mit zwei Schweiß-Elektroden E, bei dem die Drahtabschnitte der Kopfenden elektrisch und mechanisch untereinander verbunden werden. Eine Hülse ist im Falle bereits abisolierter Kopfabschnitte nicht zwingend notwendig.
-
Alternativprozess
-
In dem oben skizzierten Prozess ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Umformen vor dem Abisolieren durchgeführt wird. In einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das Abisolieren vor dem Umformen durchgeführt wird (vgl. insbesondere die 6 und 7). Ansonsten kann im Wesentlichen auf die oben bereits skizzierten Merkmale verwiesen werden.
-
Hier wird ein isolierter Draht, der vorzugsweise von einer Rolle zugeführt wird, zunächst partiell mit einer Abisoliereinrichtung abisoliert um anschließend mit einer Umformeinrichtung zu mindestens einer Halbschlaufe, Ring oder Wendel umgeformt zu werden. Bevorzugt kommt als Umformeinrichtung ein drehbarer Zweifinger-Wicklungshalter in Frage. Die Synchronisation von Abisolierung zu Wicklungshalter erfolgt vorzugsweise dergestalt, dass die abisolierten Bereiche des Drahtes im Bereich der Finger aufliegen. Soweit die Umformeinrichtung ferner als Verdrilleinrichtung ausgestaltet ist, können die sich ergebende mindestens eine Ring oder Wendel auf den Fingern verbleiben und unmittelbar verdrillt werden.
-
Das Ergebnis ist auch hier ein verdrilltes Drahtpaket, welches dem nachfolgenden Verfahrensschritt, insbesondere dem Kompaktieren, zugeführt werden kann.
-
Bevorzugt wird der Herstellungsprozess zur Herstellung von Formlitze aus isoliertem Draht wie folgt ausgeführt (vgl. insbesondere die 4 und 10).
-
Isolierter Draht wird auf einem Zweifinger-Wicklungshalter mit Drehachse R als Umformeirichtung zu einer Wendel aufgewickelt. Die Drähte der Wendel liegen bevorzugt alle nebeneinander.
-
Per Laser als Abisoliereinrichtung werden Abschnitte der Wendel unmittelbar neben den Fingern von der Isolation befreit.
-
Die Umformeinrichtung umfasst gleichermaßen die Verdrilleinrichtung, sodass der zwischen den Fingern aufgewickelte Draht, sprich die Wendel, unmittelbar verdrillt werden kann.
-
Das Drahtpaket wird zusammen mit Hülsen in die Kompaktiereinrichtung eingelegt und verpresst.
-
Im Ergebnis entsteht eine Formlitze mit einer durch die Form der Presse vorgegebenen Querschnittsform. Die Endabschnitte der Formlitzen werden anschließend elektrisch und mechanisch durch ein Elektrodenschweißen untereinander verbunden. Es entsteht entsprechend ein elektrischer Kontakt zwischen den in diesem Bereich abisolierten Enden des Drahtpaketes.
-
Ein weiter bevorzugter Herstellungsprozess zur Herstellung von Formlitze aus isoliertem Draht kann wie folgt ausgeführt sein (vgl. insbesondere die 5 und 10).
-
Isolierter Draht wird auf einem Vierfinger-Wicklungshalter mit Drehachse R als Umformeirichtung zu einer Wendel aufgewickelt. Die Drähte der Wendel liegen bevorzugt alle nebeneinander.
-
Per Laser als Abisoliereinrichtung werden Abschnitte der Wendel unmittelbar zwischen zwei Fingern von der Isolation befreit. Gewissermaßen werden die Kurzseiten von der Isolation befreit.
-
Die Wendel wird von dem Vierfinger-Wicklungshalter an eine Zweifinger-Verdrilleinrichtung übergeben.
-
Die Wendel wird in der Zweifinger-Verdrilleinrichtung zu einem Drahtpaket verdrillt.
-
Das Drahtpaket wird in die Kompaktiereinrichtung eingelegt und verpresst. Anschließend werden die Endabschnitte der Formlitzen elektrisch und mechanisch durch ein Elektrodenschweißen untereinander verbunden.
-
Zusätzliche Verfahrensschritte / Weitere Aspekte der Erfindung
-
Zusätzliche, jedoch nicht abschließend aufgezählte, Verfahrensschritte können beispielsweise eine Backlack-Applizierung oder ein Aufbringen einer Hauptisolationsschicht um die Formlitze herum sein, z.B. durch Extrudieren.
-
Der Backlack hat die Aufgabe, die Einzeldrähte gegeneinander mechanisch zu fixieren. Dies betrifft insbesondere Vibrationen, die beim Durchfluss von Wechselstrom auftreten. Beim Erhitzen und/oder Verpressen wird der Backlack dickflüssig, und verklebt die einzelnen Drahtlagen untereinander, vgl. hierzu z.B.
DE102015201711A1 . Anstelle von einer Doppelschicht (Isolation + Backlack) kann auch ein dem Fachmann bekanntes Kombinationsmaterial verwendet werden. Die partielle Entfernung des Backlacks soll auch unter den Fertigungsschritt „partielle Abisolierung“ fallen.
-
Auch können Formlitzen höherer Ordnung hergestellt werden. Dies bedeutet, dass Litzen mit Litzen zu einer neuen Litze (höherer Ordnung) verdrillt werden. Dies kann innerhalb des Verfahrensschritts „Verdrillen“ bewerkstelligt werden.
-
Vorzugsweise sind die Umformeinrichtung, Abisoliereinrichtung und/oder Verdrilleinrichtung in einer Einrichtung zusammengefasst. So können insbesondere die Finger unterschiedliche Funktionen (Aufwickeln, Verdrillen,...) aufweisen. Selbstverständlich können die Einrichtungen auch separat ausgestaltet sein.
-
Die Ausführungen sind generell nicht auf die Herstellung von Formlitzen mit Hülsen beschränkt. Die Ausführungen lassen sich auch auf Formlitzen ohne Hülsen anwenden.
-
Wie bereits oben ausgeführt, eignet sich die erfindungsgemäß hergestellte Formlitze vorteilhafterweise zur Herstellung eines Elektromotors, insbesondere dessen Stator S. Entsprechend können die Vorteile des erfindungsgemäßen Formlitzeherstellungsverfahrens für die Herstellung eines Elektromotors, insbesondere dessen Stator, ausgenutzt werden. In den 1 bis 3 ist hierzu beispielhaft ein Stator S eines Elektromotors dargestellt.
-
Insofern bietet sich die Verwendung von erfindungsgemäß hergestellter Formlitze in dem Stator S eines Elektromotors an.
-
Verfahren bzw. Verwendungen der vorbeschriebenen Art werden in der Produktion von Elektromotoren, insbesondere in Fahrzeugen, eingesetzt.
-
Bezugszeichenliste
-
Folgende Bezugszeichen werden in den Abbildungen verwendet:
- E
- Schweiß-Elektroden
- F
- Formlitze
- H1
- Hülse / Kopfende
- H2
- Hülse / Kopfende
- D
- Drahtpaket
- S
- Stator
- R
- Drehachse
- 1
- isolierter Draht
- 1'
- teilweise abisolierter Draht
- 2
- Umformeinrichtung, insbesondere Wicklungshalter
- 2.1
- erster Finger
- 2.2
- zweiter Finger
- 2.3
- dritter Finger
- 2.4
- vierter Finger
- 2a
- Langseite
- 2b
- Kurzseite
- 3
- Abisoliereinrichtung, insbesondere Laser
- 4
- Verdrilleinrichtung
- 4.1
- erster Greifer
- 4.2
- zweiter Greifer
- 5
- Kompaktiereinrichtung, insbesondere Presse
-
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
-
- US 9035526 B2 [0003]
- DE 10113831 B4 [0003]
- EP 3051669 A1 [0006]
- DE 102015201711 A1 [0074]
