DE102021211589A1 - Assembly method for inserting a hairpin braid of a plug-in winding into slots in a laminated core of a stator, computer program and assembly system - Google Patents
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Abstract
Montageverfahren zum Einstecken eines Hairpinzopfes (100, 101, 102) einer Steckwicklung in Nuten (23) eines Blechpakets (21) eines Stators (20), umfassend folgende Prozessschritte: Bereitstellung (310) des Hairpinzopfes (100, 101, 102); Greifen (320) des Hairpinzopfes (100, 101, 102), wobei U-förmig gebogene Leiterelemente (10) des Hairpinzopfes (100, 101, 102) um die Tangentialachse des Hairpinzopfes (100, 101, 102) drehbar gelagert sind; Einführung (330) der Schenkel (12) der Leiterelemente (10) des gegriffenen Hairpinzopfes (100, 101, 102) in eine koaxial zur Achse (z) des Hairpinzopfes (100, 101, 102) angeordnete Vorspannvorrichtung (220); Ausfahren (340) einer Vielzahl von Ausrichtelementen (221) der Vorspannvorrichtung (220), wobei ein Ausrichtelement (221) zumindest einen Schenkel (12) der Leiterelemente (10) in tangentialer Richtung ausrichtet; Bereitstellung (350) eines Blechpakets (21) eines Stators (20) einer elektrischen Maschine, aufweisend eine Vielzahl an Nuten (23), und Einstecken (370) der freien Enden (13) der Schenkel (12) der Leiterelemente (10) in die Nuten (23) des Blechpakets (21), wobei beim Ausfahren (340) der Vielzahl von Ausrichtelementen (221) die freien Enden (13) der Schenkel (12) der Leiterelemente (10) des Hairpinzopfes (100, 101, 102) in radialer Richtung nach innen oder außen verschoben werden, wobei als äußere Hüllfläche um die Schenkel (12) der Leiterelemente (10) des Hairpinzopfes (100, 101, 102) eine Mantelfläche eines Kegelstumpfes ausgebildet wird.Assembly method for inserting a hairpin braid (100, 101, 102) of a plug-in winding into slots (23) of a laminated core (21) of a stator (20), comprising the following process steps: providing (310) the hairpin braid (100, 101, 102); Gripping (320) the hairpin braid (100, 101, 102), U-shaped conductor elements (10) of the hairpin braid (100, 101, 102) being rotatably mounted about the tangential axis of the hairpin braid (100, 101, 102); Introduction (330) of the legs (12) of the conductor elements (10) of the gripped hairpin braid (100, 101, 102) into a pretensioning device (220) arranged coaxially to the axis (z) of the hairpin braid (100, 101, 102); Extending (340) a plurality of aligning elements (221) of the prestressing device (220), one aligning element (221) aligning at least one leg (12) of the conductor elements (10) in the tangential direction; Providing (350) a laminated core (21) of a stator (20) of an electrical machine, having a large number of slots (23), and inserting (370) the free ends (13) of the legs (12) of the conductor elements (10) into the Grooves (23) of the laminated core (21), with the extension (340) of the plurality of alignment elements (221), the free ends (13) of the legs (12) of the conductor elements (10) of the hairpin braid (100, 101, 102) in a radial Can be shifted inwards or outwards direction, a lateral surface of a truncated cone being formed as the outer envelope surface around the legs (12) of the conductor elements (10) of the hairpin braid (100, 101, 102).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Montageverfahren zum Einstecken eines Hairpinzopfes einer Steckwicklung in Nuten eines Blechpakets eines Stators einer elektrischen Maschine. Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei einer Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, die Schritte des Montageverfahrens auszuführen. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Montageanlage zum Einstecken des Hairpinzopfes in die Nuten des Blechpakets des Stators, umfassend mindestens eine Greifvorrichtung und eine Vorspannvorrichtung.The present invention relates to an assembly method for inserting a hairpin braid of a plug-in winding into slots in a laminated core of a stator of an electrical machine. The invention also relates to a computer program comprising instructions which, when the program is executed by a computer, cause the latter to carry out the steps of the assembly method. The invention also relates to an assembly system for inserting the hairpin braid into the slots of the laminated core of the stator, comprising at least one gripping device and a pretensioning device.
Stand der TechnikState of the art
Elektrische Maschinen können eine sogenannte Steckwicklung als elektrische Wicklung aufweisen. In Steckwicklungen weisen die Leiterelemente einen gegenüber herkömmlichen Drahtwicklungen vergleichsweise großen Leiterquerschnitt auf, wodurch der Füllfaktor in den Statornuten steigt. Als Füllfaktor bezeichnet man in der Spulenwickeltechnik das Verhältnis der effektiven Querschnittsfläche der Kupferleiter zur theoretisch maximalen Querschnittsfläche des verfügbaren Wickelfensters. Durch den höheren Füllfaktor wird unter anderem in der Regel Material eingespart, insbesondere relativ teures Kupfer. Elektrische Maschinen mit einer Steckwicklung weisen bei gleichem Bauraum auch eine höhere Effizienz beziehungsweise Leistung und eine geringere Geräuschentwicklung auf. Die typischerweise drei elektrischen Phasen einer Steckwicklung umfassen dabei vorzugsweise jeweils eine Vielzahl an U-förmigen Leiterelementen, welche an den freien Enden verschränkt sind. Die verschränkten Enden einer elektrischen Phase sind elektrisch miteinander so verbunden, dass eine Reihenschaltung der U-förmigen Leiterelemente der elektrischen Phase resultiert, wobei die Verbindung beispielsweise durch Laserschweißen erfolgt. Ein erster Teil der in Reihe verschalteten Leiterelemente einer Phase bildet so typischerweise eine erste Wellenform und ein zweiter Teil der in Reihe verschalteten Leiterelemente bildet so typischerweise eine dazu gegenläufige zweite Wellenform aus. Des Weiteren sind der erste und zweite Teil der in Reihe verschalteten Leiterelemente in der Regel in radialer Richtung nebeneinander beziehungsweise sich gegenseitig überlagernd in radialer Richtung hintereinander im Stator angeordnet und mittels eines Umkehr- oder Lagenverbinders miteinander elektrisch verbunden. Somit sind der erste und zweite Teil durch ihre gegenläufige Wellenform dazu eingerichtet, elektrische Schlaufen einer elektrischen Phase auszubilden. Demnach sind der erste und zweite Teil der in Reihe verschalteten Leiterelemente der jeweiligen elektrischen Phase der Steckwicklung bei Anregung mit Wechselstrom dazu eingerichtet, ein elektromagnetisches Statorfeld zur Anregung des Rotors der elektrischen Maschine zu erzeugen. Der Rotor kann beispielsweise alternierend angeordnete Permanentmagneten oder einen sogenannten Käfigläufer aufweisen. Im Betrieb der elektrischen Maschine werden durch eine Ansteuerung typischerweise dreier elektrischen Phasen mit jeweils phasenversetztem Wechselstrom in Umfangsrichtung umlaufende beziehungsweise rotierende magnetische Pole erzeugt, die in einer Rotation des Rotors der elektrischen Maschine resultieren.Electrical machines can have what is known as a plug-in winding as the electrical winding. In plug-in windings, the conductor elements have a comparatively large conductor cross-section compared to conventional wire windings, which increases the space factor in the stator slots. In coil winding technology, the fill factor is the ratio of the effective cross-sectional area of the copper conductor to the theoretically maximum cross-sectional area of the available winding window. Due to the higher fill factor, among other things, material is generally saved, in particular relatively expensive copper. Electrical machines with a plug-in winding also have higher efficiency or power and lower noise development with the same installation space. The typically three electrical phases of a plug-in winding preferably each comprise a large number of U-shaped conductor elements which are intertwined at the free ends. The crossed ends of an electrical phase are electrically connected to one another in such a way that a series connection of the U-shaped conductor elements of the electrical phase results, the connection being made, for example, by laser welding. A first part of the series-connected conductor elements of a phase thus typically forms a first waveform and a second part of the series-connected conductor elements thus typically forms a second waveform running in the opposite direction thereto. Furthermore, the first and second parts of the conductor elements connected in series are usually arranged one behind the other in the radial direction or overlapping one another in the radial direction and are electrically connected to one another by means of a reversing or layered connector. The first and second parts are therefore set up to form electrical loops of an electrical phase as a result of their opposing waveforms. Accordingly, the first and second parts of the series-connected conductor elements of the respective electrical phase of the plug-in winding are set up when excited with alternating current to generate an electromagnetic stator field for exciting the rotor of the electrical machine. The rotor can, for example, have permanent magnets arranged in alternation or a so-called squirrel-cage rotor. When the electrical machine is in operation, magnetic poles rotating or revolving in the circumferential direction are generated by typically controlling three electrical phases, each with a phase-shifted alternating current, which results in a rotation of the rotor of the electrical machine.
Die Schrift
Die U-förmigen Leiterelemente der Steckwicklung sind typischerweise mit den beiden parallelen geraden Schenkeln beziehungsweise Hairpins parallel zur Rotationsache des Stators beziehungsweise Rotors in die Nuten des Blechpakets des Stators eingefügt beziehungsweise gesteckt, wobei vorzugsweise alle gebogene Bereiche der Leiterelemente auf einer senkrecht zur Rotationsachse vorbestimmten Seite beziehungsweise Einsteckseite des Stators angeordnet werden. Anschließend werden die freien Enden der Schenkel auf der, der vorbestimmten Seite beziehungsweise Einsteckseite gegenüberliegenden Seite des Stators verschränkt und zur Wellenform beziehungsweise zur gegenläufigen Wellenform durch Schweißen miteinander elektrisch verbunden beziehungsweise in Reihe geschaltet. Vorzugsweise ist so ein erster Hairpinzopf ausgebildet, welcher den jeweils ersten Teil aller in Reihe verschalteten Leiterelemente dreier elektrischer Phasen umfasst. Des Weiteren ist vorzugsweise analog ein zweiter Hairpinzopf ausgebildet, welcher den jeweils zweiten Teil aller in Reihe verschalteten Leiterelemente dreier elektrischer Phasen umfasst. Ein sogenannter Hairpinkorb beziehungsweise Wickelkopf umfasst wenigstens den ersten und den zweiten Hairpinzopf. Es kann vorgesehen sein, dass der Hairpinkorb mehr als zwei Hairpinzöpfe umfasst. Anschließend wird gemäß dem bekannten Stand der Technik der erste und der zweite Hairpinzopf zusammen beziehungsweise der Hairpinkorb als Ganzes in die Nuten des Stators gesteckt. Anschließend werden nach der Anordnung des Hairpinkorbs im Stator die freien Enden der geraden Schenkel verschränkt und elektrisch verbunden sowie die jeweiligen elektrischen Wicklungen der gleichen elektrischen Phase der verschiedenen Hairpinzöpfe mittels eines Lagen- oder Umkehrverbinders miteinander elektrisch verbunden. Die Montage der Steckwicklung ist technisch und wirtschaftlich anspruchsvoll, da eine Vielzahl an Prozessschritten resultiert, beispielsweise durch das Anordnen der Vielzahl an Leiterelementen, mit dem ineinandergreifen der gebogenen Bereiche, zu dem Hairpinzopf beziehungsweise Hairpinkorb.The U-shaped conductor elements of the plug-in winding are typically inserted or plugged into the slots of the laminated core of the stator with the two parallel, straight legs or hairpins parallel to the axis of rotation of the stator or rotor, with preferably all curved areas of the conductor elements on a predetermined side or Plug-in side of the stator are arranged. Then the free ends of the legs are intertwined on the side of the stator opposite the predetermined side or the plug-in side and are electrically connected to one another by welding or connected in series to form the waveform or the opposite waveform. A first hairpin braid is preferably formed in this way, which encompasses the respective first part of all series-connected conductor elements of three electrical phases. Furthermore, a second hairpin braid is preferably formed analogously, which includes the respective second part of all series-connected conductor elements of three electrical phases. A so-called hairpin basket or winding head comprises at least the first and the second hairpin braid. It can be provided that the hairpin basket comprises more than two hairpin braids. Then, according to the known prior art, the first and the second hairpin braid or the hairpin basket as a whole is inserted into the slots of the stator. Then, after the arrangement of the hairpin basket in the stator, the free ends of the straight legs are intertwined and electrically connected, as well as the respective electrical Windings of the same electrical phase of the different hairpin braids are electrically connected to one another by means of a layer or reversing connector. The assembly of the plug-in winding is technically and economically demanding, since a large number of process steps result, for example by arranging the large number of conductor elements with the interlocking of the curved areas to form the hairpin braid or hairpin basket.
Das Dokument
Die Schrift
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Montageverfahren zum Einstecken eines bereitgestellten Hairpinzopfes mit U-förmigen Leiterelementen in die Nuten eines Stators zu verbessern.The object of the present invention is to improve an assembly method for inserting a provided hairpin braid with U-shaped conductor elements into the slots of a stator.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend der unabhängigen Ansprüche 1, 6 und 7 gelöst.The above object is achieved according to the invention according to independent claims 1, 6 and 7.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Montageverfahren zum Einstecken beziehungsweise zur Positionierung eines Hairpinzopfes einer Steckwicklung in den Nuten eines Blechpaktes eines Stators. Das Montageverfahren umfasst eine Bereitstellung des Hairpinzopfes einer elektrischen Wicklung für eine elektrische Maschine. Der Hairpinzopf wurde vorteilhafterweise in einem in dieser Anmeldung nicht näher beschriebenen Vormontageprozess hergestellt. Der Hairpinzopf weist vorzugsweise eine Vielzahl an separaten kreisförmig nebeneinander angeordneten U-förmig gebogenen Leiterelementen mit jeweils zwei geraden Schenkeln beziehungsweise Hairpinfüßen beziehungsweise Haarnadeln auf, wobei vorzugsweise wenigstens zwei benachbarte U-förmig gebogene Leiterelemente in radialer Richtung hintereinander angeordnet sind und deren gebogene Bereiche ineinandergreifen. In einem anschließenden Schritt des Montageverfahrens wird der Hairpinzopf gegriffen, wobei das Greifen des Hairpinzopfes insbesondere im gebogenen Bereich der Leiterelemente erfolgt. Dabei werden bevorzugt die U-förmig gebogenen Leiterelemente an wenigstens einem jeweiligen Auflagepunkt im gebogenen Bereich der Leiterelemente gegriffen und somit in z-Richtung und in radialer Richtung positioniert beziehungsweise fixiert. Die U-förmig gebogenen Leiterelemente werden um die Tangentialachse drehbar gelagert. Durch das Greifen werden vorteilhafterweise die Lage der Schenkel sowie die Position der freien Enden der Schenkel der Leiterelemente des Hairpinzopfes im Wesentlichen durch die Gewichtskraft und die Auflagepunkte an der Greifvorrichtung definiert, weshalb vorteilhafterweise die Position der Schenkel sowie die Position der freien Enden der Schenkel der Leiterelemente des Hairpinzopfes zunächst eine hohe Lage- und Winkeltoleranz aufweisen. Anschließend werden die Schenkel der Leiterelemente des gegriffenen Hairpinzopfes in eine koaxial zur Achse des Hairpinzopfes angeordnete Vorspannvorrichtung eingeführt. Die Vorspannvorrichtung ist insbesondere ringförmig, das heißt die Schenkel der Leiterelemente des gegriffenen Hairpinzopfes werden vorzugsweise in die koaxial zur Achse des Hairpinzopfes angeordnete Vorspannvorrichtung eingeführt, so dass die Vorspannvorrichtung vorteilhafterweise um die Schenkel der Leiterelemente herum angeordnet ist. Die Vorspannvorrichtung ist bevorzugt senkrecht beziehungsweise koaxial zur Achse des Hairpinzopfes angeordnet. Danach werden eine Vielzahl von Ausrichtelementen der Vorspannvorrichtung ausgefahren, wobei ein Ausrichtelement zumindest einen Schenkel der Leiterelemente in tangentialer Richtung ausrichtet. Beispielsweise wird ein Ausrichtelement jeweils zwischen zwei Schenkeln angeordnet, so dass vorteilhafterweise die Schenkel der Leiterelemente in tangentialer Richtung positioniert beziehungsweise ausgerichtet sind. Des Weiteren werden beim Ausfahren der Vielzahl von Ausrichtelementen die freien Enden der Schenkel der Leiterelemente des Hairpinzopfes in radialer Richtung nach innen oder außen verschoben, insbesondere mittels eines mechanischen Anschlags der Ausrichteelemente, so dass als äußere Hüllfläche um die Schenkel des Hairpinzopfes eine Mantelfläche eines Kegelstumpfes ausgebildet wird. Die Verschiebung der freien Enden der Schenkel der Leiterelemente des Hairpinzopfes erfolgt insbesondere in radialer Richtung nach innen. Anschließend wird ein Blechpaket eines Stators einer elektrischen Maschine bereitgestellt, wobei das Blechpaket eine Vielzahl an geraden Nuten zur Aufnahme der Schenkel der Leiterelemente des Hairpinzopfes aufweist. Die Nuten umfassen insbesondere jeweils ein Isolationpapier, welches bevorzugt am äußeren Umfang der jeweiligen Nut angeordnet ist. Das Blechpaket des Stators und der Hairpinzopf werden vorteilhafterweise mit der Rotationsachse koaxial zueinander angeordnet beziehungsweise ausgerichtet. In einem anschließenden Schritt werden die freien Enden der Schenkel der Leiterelemente in die Nuten des Stators eingesteckt beziehungsweise eingeführt beziehungsweise in den Nuten positioniert, vorzugsweise durch eine Bewegung des Hairpinzopfes in z-Richtung von oben nach unten. Das Verfahren weist gegenüber bekannten Verfahren den Vorteil auf, dass ein direktes Einstecken der einzelnen Hairpinzöpfe in das Blechpaket des Stators mit erhöhter Geschwindigkeit erfolgt. Des Weiteren erleichtert die kegelstumpfförmige Mantelfläche der äußeren Hüllfläche des Hairpinzopfes das nacheinander Einstecken mehrerer Hairpinzöpfe, da die gebogenen Bereiche der Vielzahl der Leiterelemente eines Hairpinzopfes das Einstecken eines nachfolgenden Hairpinzopfs nicht behindert. Darüber hinaus resultiert der Vorteil, dass durch die geringere Lagetoleranz der Schenkel der Leiterelemente, welche auf der erzeugten kegelstumpfförmigen Mantelfläche der äußeren Hüllfläche des Hairpinzopfes basiert, in einer genaueren Einsteckposition beziehungsweise in einer geringeren Toleranz der Steckposition der geraden Schenkel der Leiterelemente in die Nuten resultiert, wodurch das Einstecken beziehungsweise Einführen der Schenkel in die Nuten, welche vorzugsweise ein Isolationspapier aufweisen, erleichtert ist. Es resultiert des Weiteren durch das Montageverfahren ein Kostenvorteil, da keine Hilfsvorrichtung benötigt wird, in der alle Hairpinzöpfe zu einem Hairpinkorb vereint werden. Außerdem weist die vorliegende Erfindung den Vorteil auf, dass die benötigte Einsteckkraft eines einzelnen Hairpinzopfes in den Stator beziehungsweise das Blechpaket des Stators gegenüber einem klassischen Stecken des ganzen Hairpinkorbs reduziert ist, wodurch auch das Einstecken der Schenkel in die Statornuten mit Isolationspapier vorteilhafterweise erleichtert beziehungsweise fehlerfreier wird, da das Isolationpapier dabei weniger beschädigt wird. Das Montageverfahren der vorliegenden Erfindung weist außerdem den Vorteil einer großen Flexibilität bezüglich der Größe der Hairpinzöpfe sowie bezüglich der Verschränkung der gebogenen Bereiche der U-förmigen Leiterelemente und bezüglich der Anzahl der Hairpinzöpfe auf.The present invention relates to an assembly method for inserting or for positioning a hairpin braid of a plug-in winding in the slots of a laminated core of a stator. The assembly method includes providing the hairpin braid of an electrical winding for an electrical machine. The hairpin braid was advantageously produced in a pre-assembly process that is not described in detail in this application. The hairpin braid preferably has a large number of separate U-shaped conductor elements arranged next to one another in a circle, each with two straight legs or hairpin feet or hairpins, with at least two adjacent U-shaped conductor elements preferably being radial Direction are arranged one behind the other and interlock their curved portions. In a subsequent step of the assembly method, the hairpin braid is gripped, the hairpin braid being gripped in particular in the curved region of the conductor elements. In this case, the conductor elements bent in a U-shape are preferably gripped at at least one respective support point in the bent region of the conductor elements and thus positioned or fixed in the z-direction and in the radial direction. The U-shaped conductor elements are pivoted around the tangential axis. By gripping, the position of the legs and the position of the free ends of the legs of the conductor elements of the hairpin braid are advantageously essentially defined by the weight and the contact points on the gripping device, which is why the position of the legs and the position of the free ends of the legs of the conductor elements are advantageously defined of the hairpin braid initially have a high position and angle tolerance. Subsequently, the legs of the conductor elements of the gripped hairpin braid are introduced into a pretensioning device arranged coaxially to the axis of the hairpin braid. The pretensioning device is in particular ring-shaped, ie the legs of the conductor elements of the gripped hairpin braid are preferably inserted into the pretensioning device arranged coaxially to the axis of the hairpin braid, so that the pretensioning device is advantageously arranged around the legs of the conductor elements. The prestressing device is preferably arranged perpendicularly or coaxially to the axis of the hairpin braid. A large number of alignment elements of the prestressing device are then extended, with one alignment element aligning at least one leg of the conductor elements in the tangential direction. For example, an alignment element is arranged in each case between two legs, so that the legs of the conductor elements are advantageously positioned or aligned in the tangential direction. Furthermore, when the plurality of alignment elements are extended, the free ends of the legs of the conductor elements of the hairpin braid are shifted inwards or outwards in the radial direction, in particular by means of a mechanical stop of the alignment elements, so that a lateral surface of a truncated cone is formed as the outer envelope surface around the legs of the hairpin braid becomes. The displacement of the free ends of the legs of the conductor elements of the hairpin braid takes place in particular in the radial direction inwards. A laminated core of a stator of an electrical machine is then provided, the laminated core having a multiplicity of straight grooves for receiving the legs of the conductor elements of the hairpin braid. In particular, the grooves each comprise an insulating paper which is preferably arranged on the outer circumference of the respective groove. The laminated core of the stator and the hairpin braid are advantageously arranged or aligned coaxially to one another with the axis of rotation. In a subsequent step, the free ends of the legs of the conductor elements are inserted or introduced into the slots of the stator or positioned in the slots, preferably by moving the hairpin braid in the z-direction from top to bottom. The method has the advantage over known methods that the individual hairpin braids are inserted directly into the laminated core of the stator at increased speed. Furthermore, the truncated cone-shaped lateral surface of the outer enveloping surface of the hairpin plait facilitates the successive insertion of several hairpin plaits, since the curved areas of the plurality of conductor elements of a hairpin plait do not prevent the insertion of a subsequent hairpin plait. In addition, there is the advantage that the lower positional tolerance of the legs of the conductor elements, which is based on the generated frustoconical lateral surface of the outer envelope surface of the hairpin braid, results in a more precise insertion position or in a lower tolerance of the insertion position of the straight legs of the conductor elements in the grooves, whereby the insertion or introduction of the legs into the grooves, which preferably have an insulating paper, is facilitated. Furthermore, the assembly method results in a cost advantage, since no auxiliary device is required in which all hairpin braids are combined to form a hairpin basket. In addition, the present invention has the advantage that the required insertion force of an individual hairpin braid into the stator or the laminated core of the stator is reduced compared to a classic insertion of the entire hairpin basket, which also advantageously makes it easier or more error-free to insert the legs into the stator slots with insulating paper , since the insulation paper is less damaged. The assembly method of the present invention also has the advantage of great flexibility in terms of the size of the hairpins, the interlacing of the bent portions of the U-shaped conductor members, and the number of hairpins.
In einer bevorzugten Ausführung wird beim Einführen des Hairpinzopfes in die Vorspannvorrichtung die Vorspannvorrichtung im Bereich zwischen der Mitte der geraden Schenkel der Leiterelemente und den freien Enden der Schenkel der Leiterelemente angeordnet. In dieser Ausgestaltung wird die kegelstumpfförmige Mantelfläche der äußeren Hüllfläche des Hairpinzopfes mit einer höheren Maßtoleranz erzeugt, wodurch das Einstecken der Schenkel in die Statornuten beziehungsweise der Gesamtprozess fehlerfreier wird beziehungsweise die Prozesssicherheit des Verfahrens gesteigert wird. Außerdem wird eine geringere Kraft zu Verschiebung der freien Enden der Schenkel in radialer Richtung benötigt.In a preferred embodiment, when inserting the hairpin braid into the pretensioning device, the pretensioning device is arranged in the area between the middle of the straight legs of the ladder elements and the free ends of the legs of the ladder elements. In this embodiment, the truncated cone-shaped lateral surface of the outer envelope surface of the hairpin braid is produced with a higher dimensional tolerance, as a result of which the insertion of the legs into the stator slots or the overall process becomes more error-free or the process safety of the procedure is increased. In addition, less force is required to move the free ends of the legs in the radial direction.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung erfolgt vor dem Einstecken der Schenkel der Leiterelemente in die Nuten des Stators eine Einführung der freien Enden der Schenkel der Leiterelemente des Hairpinzopfes in eine Positionierhilfseinrichtung. Die Positionierhilfseinrichtung wird in z-Richtung koaxial zum Stator angeordnet, wobei die Positionierhilfseinrichtung mittels einer Vielzahl an Positionierhilfselementen dazu eingerichtet ist, die Schenkel der Leiterelemente oberhalb der Nuten des Stators auszurichten. Zu diesem Zweck weisen die Positionierhilfselemente jeweils an der Oberseite zur Vorspanneinrichtung hin mindestens eine zur z-Richtung abgewinkelte Führungsfläche auf. Durch diese Ausführung wird die Positioniergenauigkeit des Einsteckens beziehungsweise der Einführung der freien Enden der Schenkel der Leiterelemente in die Nuten des Blechpakets des Stators gesteigert und somit beispielsweise die Beschädigung eines Isolationspapiers in den Nuten des Blechpakets zuverlässig vermieden.In a further advantageous embodiment, before the legs of the conductor elements are inserted into the slots of the stator, the free ends of the legs of the conductor elements of the hairpin braid are introduced into a positioning aid. The positioning aid is arranged coaxially to the stator in the z-direction, with the positioning aid being set up by means of a large number of positioning aids to align the legs of the conductor elements above the slots of the stator. For this purpose, the positioning aid elements each have at least one guide surface angled toward the z-direction on the upper side toward the prestressing device. This design increases the positioning accuracy of the insertion or the introduction of the free ends of the legs of the conductor elements into the slots of the laminated core of the stator and thus, for example, damage to insulating paper in the slots of the laminated core is reliably avoided.
In einer Weiterführung der Erfindung wird nach dem Einstecken beziehungsweise nach der Einführung der freien Enden der Schenkel der Leiterelemente in die Nuten des Blechpakets des Stators eine Anpressung der Schenkel der Leiterelemente des Hairpinzopfes in radialer Richtung nach außen oder innen durchgeführt. Die vorherige Einführung beziehungsweise das Einstecken der Schenkel der Leiterelemente in die Nuten erfolgt insbesondere nur für eine kurze Strecke, das heißt beispielsweise werden die freien Enden der Schenkel nur für eine Strecke kleiner oder gleich fünf Zentimeter eingesteckt und anschließend angepresst, insbesondere erfolgt das Einstecken der freien Enden der Schenkel in die Nuten für eine Strecke kleiner oder gleich drei Zentimeter und besonderes bevorzugt für eine Strecke kleiner oder gleich einem Zentimeter. Insbesondere erfolgt die Anpressung jeweils zwischen zwei Positionierhilfselementen und gegen den Stator oder gegen einen bereits vorher in die Nuten des Stators durchgesteckten beziehungsweise vollständig eingeführten Hairpinzopf. Durch die Anpressung wird vorteilhafterweise die äußere Hüllfläche des Hairpinzopfes von der kegelstumpfförmigen in eine zylindrische Mantelfläche geändert beziehungsweise überführt. Anschließend werden die Schenkel der Leiterelemente durch die Nuten des Stators durchgesteckt beziehungsweise vollständig durch die Nuten des Stators geführt, insbesondere bis die freien Enden der Schenkel die Nuten auf einer zur Einsteckseite gegenüberliegenden Seite des Stators verlassen. Vorzugsweise erfolgt die Anpressung zumindest eines Teils der Schenkel oder jedes Schenkels der Leiterelemente des Hairpinzopfes in radialer Richtung von innen nach außen zwischen jeweils zwei Positionierhilfselementen, insbesondere mittels einer Spannvorrichtung. Vorzugsweise werden nach dem Einstecken beziehungsweise nach der Einführung der Schenkel der Leiterelemente in die Nuten des Stators die Ausrichtelemente zumindest in radialer Richtung zumindest teilweise eingefahren beziehungsweise entfernt. Durch die Anpressung wird vorteilhafterweise die äußeren Hüllfläche des Hairpinzopfes von der kegelstumpfförmigen Mantelfläche zu einer näherungsweise zylindrischen Mantelfläche überführt beziehungsweise geändert, so dass die geraden Schenkel der Leiterelemente vollständig durch die Nuten des Stators geführt beziehungsweise durchgesteckt werden können. Die Anpressung, insbesondere mittels der Spanneinrichtung, ist des Weiteren vorteilhafterweise dazu eingerichtet, einen aktuell eingesteckten Hairpinzopf an den letzten eingesteckten Hairpinzopf aufzuschieben und/oder anzudrücken. Durch die Anpressung kann vorteilhafterweise der Füllfaktor weiter gesteigert werden, da ein Luftspalt minimiert werden kann. In einer Weiterführung kann eine zusätzliche Klebung zwischen den Hairpinzöpfen durch eine Andrückkraft unterstützt werden, wobei eine zusätzliche Klebung zwischen Hairpinzöpfen auch Vibrationen der elektrischen Maschine im Betrieb minimiert.In a further development of the invention, after the insertion or after the introduction of the free ends of the legs of the conductor elements into the grooves of the laminated core of the stator, the legs of the conductor elements of the hairpin braid are pressed radially outwards or inwards. The previous insertion or insertion of the legs of the conductor elements into the grooves takes place in particular only for a short distance, i.e. for example the free ends of the legs are only inserted for a distance less than or equal to five centimeters and then pressed on, in particular the free ends are inserted The legs end in the grooves for a distance of less than or equal to three centimeters, and more preferably for a distance of less than or equal to one centimeter. In particular, the pressing takes place in each case between two positioning aids and against the stator or against a hairpin braid that has already been pushed through or completely inserted into the slots of the stator. The pressing action advantageously changes or converts the outer envelope surface of the hairpin braid from the frustoconical to a cylindrical surface. The legs of the conductor elements are then pushed through the slots of the stator or guided completely through the slots of the stator, in particular until the free ends of the legs leave the slots on a side of the stator opposite the insertion side. Preferably, at least part of the legs or each leg of the conductor elements of the hairpin braid are pressed on in the radial direction from the inside to the outside between two positioning aids, in particular by means of a clamping device. Preferably, after the legs of the conductor elements have been inserted or introduced into the slots of the stator, the alignment elements are at least partially retracted or removed at least in the radial direction. The contact pressure advantageously converts or changes the outer envelope surface of the hairpin braid from the frustoconical lateral surface to an approximately cylindrical lateral surface, so that the straight legs of the conductor elements can be guided or inserted completely through the slots of the stator. The pressing, in particular by means of the tensioning device, is also advantageously set up to push and/or press a currently inserted hairpin braid onto the last inserted hairpin braid. The filling factor can advantageously be further increased by the contact pressure, since an air gap can be minimized. In a further development, additional adhesion between the hairpin braids can be supported by a pressing force, with additional adhesion between hairpin braids also minimizing vibrations of the electrical machine during operation.
Vorzugsweise wird das Verfahren so oft wiederholt, bis mindestens zwei Hairpinzöpfe in den Nuten des Blechpakets des Stators positioniert sind. Durch das Hintereinander Einstecken mehrere Hairpinzöpfe können Fertigungsschritte parallelisiert werden, wodurch Fertigungskosten reduziert werden.The method is preferably repeated until at least two hairpin braids are positioned in the slots of the laminated core of the stator. By inserting several hairpin braids one after the other, production steps can be parallelized, which reduces production costs.
Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, die Schritte des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.The invention also relates to a computer program comprising instructions which, when the program is executed by a computer, cause the latter to carry out the steps of the method according to one of the preceding claims.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Montageanlage zum Einstecken beziehungsweise zur Positionierung eines Hairpinzopfes in den Nuten eines Blechpakets eines Stators. Die Montageanlage weist zumindest eine Greifvorrichtung auf, welche dazu eingerichtet ist, einen bereitgestellten Hairpinzopf zu greifen. Der bereitgestellte Hairpinzopf weist vorzugsweise die Vielzahl an separaten kreisförmig nebeneinander angeordneten U-förmig gebogenen Leiterelementen mit jeweils zwei geraden Schenkeln beziehungsweise Hairpinfüßen auf. Die Greifvorrichtung ist ferner insbesondere dazu eingerichtet, die U-förmig gebogenen Leiterelemente im gebogenen Bereich an zumindest einem Auflagepunkt in z-Richtung und in radialer Richtung zu greifen beziehungsweise zu positionieren. Die Greifvorrichtung ist dazu eingerichtet, die U-förmig gebogenen Leiterelemente des Hairpinzopfes um die Tangentialachse drehbar zu lagern. Die Montageanlage umfasst des Weiteren zumindest eine Vorspannvorrichtung, welche eine Vielzahl von Ausrichtelementen aufweist. Die Ausrichteelemente sind jeweils dazu eingerichtet, zumindest einen Schenkel der Leiterelemente in tangentialer Richtung auszurichten. Beispielsweise sind die Vielzahl von Ausrichtelementen dazu eingerichtet, in radialer Richtung nach innen oder außen zwischen jeweils zwei Schenkel der Leiterelemente des Hairpinzopfes ausgefahren zu werden, wobei die Schenkel in tangentialer Richtung positioniert beziehungsweise ausgerichtet werden. Die Vorspannvorrichtung ist insbesondere ringförmig. Erfindungsgemäß weist zumindest ein Teil der Ausrichtelemente mindestens einen mechanischen Anschlag auf. Die Vorspannvorrichtung ist mittels der mechanischen Anschläge der Ausrichtelemente dazu eingerichtet, die freien Enden der Schenkel in radialer Richtung nach innen oder außen zu verschieben, so dass als äußere Hüllfläche um die Schenkel der U-förmig gebogenen Leiterelemente des Hairpinzopfes eine kegelstumpfförmige Mantelfläche resultiert. Die Greifvorrichtung ist weiter dazu eingerichtet, zumindest in z-Richtung bewegt zu werden, um die freien Enden der Schenkel der U-förmig gebogenen Leiterelemente des gegriffenen Hairpinzopfes in z-Richtung von oben nach unten in die Nuten eines bereitgestellten Stators einer elektrischen Maschine einzuführen beziehungsweise einzustecken. Durch die erfindungsgemäße Montageanlage wird eine hohe Lagegenauigkeit der freien Enden der Schenkel der Leiterelemente beim Einstecken von U-förmig gebogenen Leiterelementen einer Steckwicklung in mit Isolationspapier aufweisende Nuten eines Stators erzielt, wodurch die Prozesssicherheit steigt und die Fehlerquote des Einsteckprozesses, beispielsweise durch Beschädigung des Isolationspapiers, einer Steckwicklung reduziert wird. Des Weiteren resultieren die Vorteile des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens. Darüber hinaus erlaubt die erfindungsgemäße Montageanlage eine größere Parallelisierung der Prozessschritte in der Fertigung der elektrischen Maschine beziehungsweise des Stators, da unterschiedliche Hairpinzöpfe nacheinander eingesteckt und damit eine höhere Taktgeschwindigkeit des Gesamtprozesses erzielt werden kann, wodurch Fertigungskosten reduziert werden.The invention also relates to an assembly system for inserting or for positioning a hairpin braid in the slots of a laminated core of a stator. The assembly system has at least one gripping device which is set up to grip a provided hairpin braid. The hairpin braid provided preferably has the multiplicity of separate U-shaped conductor elements arranged next to one another in a circle, each with two straight legs or hairpin feet. The gripping device is also set up in particular to grip or position the conductor elements bent in a U-shape in the bent area at at least one support point in the z-direction and in the radial direction. The gripping device is set up to rotate the U-shaped conductor elements of the hairpin braid about the tangential axis to store. The assembly system also includes at least one pretensioning device, which has a large number of alignment elements. The alignment elements are each set up to align at least one leg of the conductor elements in the tangential direction. For example, the plurality of aligning elements are set up to be extended in the radial direction inwards or outwards between each two legs of the conductor elements of the hairpin braid, the legs being positioned or aligned in the tangential direction. The prestressing device is in particular ring-shaped. According to the invention, at least some of the alignment elements have at least one mechanical stop. The prestressing device is set up by means of the mechanical stops of the alignment elements to move the free ends of the legs inwards or outwards in the radial direction, so that a frustoconical lateral surface results as the outer envelope surface around the legs of the U-shaped conductor elements of the hairpin braid. The gripping device is also set up to be moved at least in the z-direction in order to insert the free ends of the legs of the U-shaped conductor elements of the gripped hairpin braid in the z-direction from top to bottom into the slots of a provided stator of an electrical machine plug in The assembly system according to the invention achieves high positional accuracy of the free ends of the legs of the conductor elements when inserting U-shaped conductor elements of a plug-in winding into slots in a stator that have insulating paper, which increases process reliability and reduces the error rate of the plug-in process, for example due to damage to the insulating paper. a plug-in winding is reduced. Furthermore, the advantages of the method according to the invention described above result. In addition, the assembly system according to the invention allows greater parallelization of the process steps in the production of the electrical machine or the stator, since different hairpin braids can be inserted one after the other and thus a higher cycle speed of the overall process can be achieved, thereby reducing production costs.
In einer besonders bevorzugten Weiterführung weist die Montageanlage zusätzlich eine Positionierhilfseinrichtung auf. Die Positionierhilfseinrichtung ist dazu eingerichtet, in z-Richtung unterhalb der Vorspannvorrichtung und oberhalb des bereitgestellten Blechpakets des Stators beziehungsweise zwischen der der Vorspannvorrichtung und dem Blechpaket koaxial zum Blechpaket des Stators und koaxial zur Vorspannvorrichtung angeordnet zu sein. Die Positionierhilfseinrichtung ist insbesondere dazu eingerichtet, unmittelbar oberhalb des Stators angeordnet zu sein. Die Positionierhilfseinrichtung ist insbesondere ringförmig. Die Positionierhilfseinrichtung weist eine Vielzahl an Positionierhilfselementen auf. Jedes Positionierhilfselement wird oberhalb eines Stegs des Stators angeordnet und weist insbesondere an der Oberseite zur Vorspanneinrichtung hin mindestens eine zur z-Richtung abgewinkelte Führungsfläche auf. Die Positionierhilfselemente sind dazu eingerichtet, die freien Enden der Schenkel der Leiterelemente zu den Nuten des Blechpakets auszurichten. Durch die Anordnung der Positionierhilfseinrichtung resultiert eine hohe Maßgenauigkeit bezüglich der Positionierung der freien Enden der Schenkel der Leiterelemente während des Einsteckens in die Nuten des Stators, so dass insbesondere ein Verknicken oder eine Beschädigung eines Isolationspapiers in den Nuten des Stators sehr zuverlässig vermieden wird.In a particularly preferred development, the assembly system also has a positioning aid. The positioning aid is set up to be arranged in the z-direction below the prestressing device and above the provided laminated core of the stator or between the prestressing device and the laminated core coaxially to the laminated core of the stator and coaxially to the pretensioning device. The positioning aid is designed in particular to be arranged directly above the stator. The positioning aid is in particular ring-shaped. The positioning aid has a large number of positioning aids. Each positioning aid element is arranged above a web of the stator and has at least one guide surface angled toward the z-direction, in particular on the upper side toward the prestressing device. The positioning aids are set up to align the free ends of the legs of the conductor elements with the slots in the laminated core. The arrangement of the positioning aid results in high dimensional accuracy with regard to the positioning of the free ends of the legs of the conductor elements during insertion into the slots of the stator, so that buckling or damage to insulating paper in the slots of the stator is very reliably avoided.
Vorzugsweise umfasst die Montageanlage des Weiteren eine Spannvorrichtung, welche koaxial zum Stator und innerhalb oder außerhalb des Hairpinzopfes angeordnet und dazu eingerichtet ist, die eingeführten Schenkel der U-förmig gebogenen Leiterelemente des Hairpinzopfes in radialer Richtung mittels einer Vielzahl von Schiebern nach außen oder innen zu verschieben beziehungsweise an eine Fläche anzupressen, insbesondere erfolgt diese Anpressung zwischen den Positionierhilfselementen und gegen die jeweiligen Bodenflächen der Nuten des Blechpakets des Stators oder gegen die äußere Fläche eines bereits durchgesteckten und im Blechpaket angeordneten anderen Hairpinzopf. Die Spannvorrichtung ist vorzugsweise dazu eingerichtet, innerhalb des Hairpinzopfes und vorteilhafterweise unmittelbar oberhalb oder im oberen Bereich des Blechpakets auf der Einsteckseite und vorteilhafterweise zumindest teilweise innerhalb des Stators angeordnet zu sein. Die Spannvorrichtung ist vorzugsweise dazu eingerichtet, die eingeführten Schenkel der U-förmig gebogenen Leiterelemente des Hairpinzopfes in radialer Richtung mittels einer Vielzahl von Schiebern von innen nach außen zu drücken. Die Spannvorrichtung ist vorzugsweise dazu eingerichtet, die äußere Hüllfläche des Hairpinzopfes von der kegelstumpfförmigen Mantelfläche in die zylindrische Form zu überführen beziehungsweise zu ändern, so dass eine Durchsteckung beziehungsweise Einführung der Leiterelemente durch die Nuten des Stators vollständig durchgeführt werden kann.The assembly system preferably also includes a clamping device which is arranged coaxially to the stator and inside or outside the hairpin braid and is set up to move the inserted legs of the U-shaped conductor elements of the hairpin braid in the radial direction outwards or inwards by means of a large number of slides or to press against a surface, in particular this pressing takes place between the positioning aids and against the respective bottom surfaces of the grooves of the laminated core of the stator or against the outer surface of another hairpin braid already inserted and arranged in the laminated core. The tensioning device is preferably set up to be arranged within the hairpin braid and advantageously directly above or in the upper region of the laminated core on the insertion side and advantageously at least partially within the stator. The tensioning device is preferably set up to press the inserted legs of the U-shaped conductor elements of the hairpin braid from the inside outwards in the radial direction by means of a large number of slides. The clamping device is preferably set up to convert or change the outer envelope surface of the hairpin braid from the frustoconical lateral surface to the cylindrical shape, so that the conductor elements can be pushed through or inserted completely through the slots of the stator.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug zu den Figuren.
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1 : U-förmig gebogenes Leiterelement eines Hairpinzopfes -
2 : Seitliche Aufsicht eines Stator mit zwei Hairpinzöpfen des Wickelkopfes -
3 : dreidimensionale Darstellung der Montageanlage in schräger Seitenansicht -
4 : Greifvorrichtung mit einem Hairpinzopf -
5 : Vorspannvorrichtung mit Ausrichteelementen -
6 : Detaildarstellung der Vorspannvorrichtung mit Schenkeln der Leiterelemente -
7 : Blechpaket des Stators und Positionierhilfseinrichtung sowie Spannvorrichtung -
8 : Schnittansicht zu Positionierhilfseinrichtung sowie Spannvorrichtung -
9 : Positionierhilfselement der Positionierhilfseinrichtung -
10 : Aufsicht auf Positionierhilfseinrichtung oberhalb des Blechpakets des Stators -
11 : seitliche Ansicht auf Positionierhilfseinrichtung oberhalb des Blechpakets -
12 : Einstecken des Hairpinzopfs in die Nuten des Stators -
13 : Spannvorrichtung mit ausgefahrenen Schiebern bei eingeführtem Hairpinzopf -
14 : äußere Hüllfläche bildet Mantelfläche eines Kegelstumpfes aus -
15a : zylindrische äußere Hüllfläche vor dem Ausfahren der Ausrichtelemente -
15b : Ausbildung der äußeren Hüllfläche als Mantelfläche eines Kegelstumpfes -
16 : Ablaufdiagramm des Verfahrens als Blockschaltbild
-
1 : U-shaped conductor element of a hairpin braid -
2 : Lateral view of a stator with two hairpin braids of the end winding -
3 : Three-dimensional representation of the assembly plant in an oblique side view -
4 : Gripping device with a hairpin braid -
5 : Pre-tensioning device with alignment elements -
6 : Detailed view of the prestressing device with legs of the ladder elements -
7 : Laminated core of the stator and positioning aid as well as clamping device -
8th : Sectional view of positioning aid and clamping device -
9 : Positioning aid element of the positioning aid device -
10 : Top view of the positioning aid above the laminated core of the stator -
11 : Lateral view of the positioning aid above the laminated core -
12 : Inserting the hairpin braid into the slots of the stator -
13 : Tensioning device with extended slides when the hairpin braid is inserted -
14 : outer enveloping surface forms the lateral surface of a truncated cone -
15a : cylindrical outer envelope surface before extending the alignment elements -
15b : Formation of the outer enveloping surface as the lateral surface of a truncated cone -
16 : Flowchart of the procedure as a block diagram
Ausführungsbeispieleexemplary embodiments
In
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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