DE102022204825A1

DE102022204825A1 - Drahtspulenbereitstellungsvorrichtung zur Bewegung mehrerer Drahtspulen bei der Herstellung von Spulenwicklungen

Info

Publication number: DE102022204825A1
Application number: DE102022204825.3A
Authority: DE
Inventors: Matthias Ebert; Ralf Schneider
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-05-17
Filing date: 2022-05-17
Publication date: 2023-11-23
Also published as: WO2023222507A1

Abstract

Drahtspulenbereitstellungsvorrichtung 1 zur Bewegung mehrerer Drahtspulen 7 bei der Herstellung von Spulenwicklungen umfassend wenigstens zwei Bänder 8 mit Führungsschienen 2, an denen jeweils ein Spulenträger 4 anordenbar ist, und mit zwischen den beiden Bändern 8 angeordneten Verbindungsschienen 6, auf denen ein Spulenträger 4 zwischen den Führungsschienen 2 der Bänder 8 verschiebbar ist, ferner umfassend mindestens eine Parkschiene 5, auf die der Spulenträger 4 von der Führungsschiene 2 schiebbar ist, sodass ein weiterer in einer weiteren Führungsschiene 2 angeordneter Spulenträger 4 vorbeischiebbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Drahtspulenbereitstellungsvorrichtung zur Bewegung mehrerer Drahtspulen bei der Herstellung von Spulenwicklungen.
Die Erfindung liegt auf dem technischen Gebiet der Herstellung von Spulenwicklungen für Statoren und Rotoren zur Herstellung von Elektromotoren. Dabei werden mehrere Drähte zu einer Spulenmatte gewickelt.
Das Wort Stator ist vom lateinischen Wort „stare“ für stillstehen abgeleitet. Als Stator oder Ständer wird der unbewegliche Teil eines Elektromotors bezeichnet. Als Rotor oder auch Anker wird der sich drehende Teil eines Elektromotors bezeichnet.
Der Rotor besteht im Regelfall aus einer Motorwelle, dem Anker aus Eisenblech, einer Ankerspule mit unterschiedlichen Wicklungen und einem Schleifring zur Stromübertragung.
Mittlerweile gibt es die unterschiedlichsten Arten von elektrischen Motoren. Der wohl wesentlichste Unterschied zwischen den einzelnen Typen liegt in der Stromversorgung. Dabei wird bereits bei der Konstruktion festgelegt, ob der Motor mit Gleichstrom, Wechselstrom oder Drehstrom gespeist werden muss.
Aber auch die Erzeugung der erforderlichen Magnetfelder geschieht bei den jeweiligen Motoren auf unterschiedliche Art und Weise. Neben starken Dauermagneten kommen je nach Verwendungszweck auch Elektromagnete zum Einsatz. Im einfachsten Fall wird dazu über einen Eisenkern aus Blechplatten eine Spule aus Kupferdraht gewickelt, um das erforderliche Magnetfeld zu erzeugen.
Die Wickeltechnik bestimmt wesentlich die Eigenschaften von wicklungsbehafteten, elektromechanischen Baugruppen wie beispielsweise Statoren und Rotoren. Dazu gehören die Isolationsfestigkeit, der Gütefaktor, die für eine bestimmte Leistung oder Magnetkraft erforderliche Größe oder auch das magnetische Streufeld.
In den bekannten Verfahren zur Herstellung von Spulenwicklungen für Statoren und Rotoren werden die Drähte der Wickelmaschine parallel zugeführt. Während des Wickelprozesses werden die Drähte überkreuzt und es entsteht ein Phasensprung. Zur Kreuzung der Drähte wird ein erster Draht in die Nut eines zweites Drahtes gelegt und der zweite Draht wird in die Nut des ersten Drahtes gelegt.
Die Anzahl der Phasensprünge innerhalb einer Wicklung ist limitiert. An einem Phasensprung werden die Drähte aus ihrer ursprünglichen Lage gebracht und diagonal beansprucht. Außerdem reiben die Drähte aneinander. Dies kann zu Beschädigungen der Isolationen an den Drähten und somit zu Prozessstörungen führen. Weiterhin ist der Drahtverlauf der einzelnen Drahtspulen durch die Vielzahl der Drahtbewegungen durch das Abbremsen und Anziehen des Drahtes nicht sicher beherrschbar.
Die Erfindung hat die Aufgabe eine Drahtspulenbereitstellungsvorrichtung bereitzustellen, welche die Nachteile im Stand der Technik überwindet und die die Herstellung von Spulenwicklungen mit einer reduzierten Anzahl von Phasensprüngen ermöglicht. Ebenfalls hat die Erfindung die Aufgabe ein Verfahren zur Herstellung von Spulenwicklungen anzugeben, welches die Nachteile im Stand der Technik überwindet und eine Reduzierung der Drahtbewegungen innerhalb des Wickelprozesses erlaubt.
Die Aufgabe wird durch eine Drahtspulenbereitstellungsvorrichtung zur Bewegung mehrerer Drahtspulen bei der Herstellung von Spulenwicklungen mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen bilden den Gegenstand der zugehörigen Unteransprüche.
Die Erfindung umfasst eine Drahtspulenbereitstellungsvorrichtung zur Bewegung mehrerer Drahtspulen bei der Herstellung von Spulenwicklungen umfassend wenigstens zwei Bänder mit Führungsschienen. An den Führungsschienen ist jeweils ein Spulenträger anordenbar. Zwischen den beiden Bändern sind Verbindungsschienen angeordnet, auf denen ein Spulenträger zwischen den Führungsschienen der Bänder verschiebbar ist. Ferner umfasst die Drahtspulenbereitstellungsvorrichtung mindestens eine Parkschiene, auf die der Spulenträger von der Führungsschiene schiebbar ist, sodass ein weiterer in einer weiteren Führungsschiene angeordneter Spulenträger vorbeischiebbar ist. Dies ermöglicht, dass sich die Spulenträger überholen können und damit die Drähte nicht überkreuzend in den Wickelprozess zugeführt werden müssen.
Ein vorteilhafter Aspekt sieht vor, dass die Verbindungsschienen senkrecht zu den Bänder angeordnet sind. Dies ermöglicht, dass die Spulenträger zwischen den beiden Bändern transferiert werden können.
Besonders vorteilhaft ist, wenn die zwei Bänder mit Führungsschienen parallel zueinander angeordnet sind. Dabei können die Spulenträger einfach an verschiedenen Positionen zwischen Führungsschienen und Verbindungsschienen verschoben werden.
Nach einem bevorzugten Aspekt sind die zwei Bänder mit Führungsschienen in einem vorbestimmten Winkel zueinander angeordnet. Dies ermöglicht eine kompakte Bauweise.
Nach einem vorteilhaften Aspekt sind die zwei Bänder mit Führungsschienen auf einer Trägereinheit angeordnet. Diese umfasst einen Antrieb, der derart ausgebildet ist, um die Trägereinheit aus einer Horizontalstellung in eine Schrägstellung zu verfahren. Dadurch können mehrere Spulenträger in einer Ebene platzsparend angeordnet werden und können durch die Schrägstellung optimal zum Wickelprozess ausgerichtet werden.
Vorteilhafterweise sind wenigstens zwei Trägereinheiten radial schwenkbar an einem Drehpunkt angeordnet. Dies ermöglicht, dass mehrere Trägereinheiten kreisförmig als ein Drahtspulen-Schiebemagazin angeordnet werden können.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Drahtspulenbereitstellungsvorrichtung ferner einen Spulenträger umfasst. Der Spulenträger umfasst Rollen, um entlang der Verbindungsschienen und entlang der Parkschiene rollbar zu sein. Dadurch ist der Spulenträger einfach entlang der Verbindungsschienen und entlang der Parkschiene verschiebbar und kann von weiteren Spulenträgern überholt werden.
Nach einem bevorzugten Aspekt ist auf dem Spulenträger eine Drahtspule angeordnet. Die Drahtspule umfasst einen Drahtführabschnitt, der derart ausgebildet ist, um einer Drahtwickeleinheit einen Draht zuzuführen. Dies ermöglicht, dass der Draht ohne Phasensprünge in einer Spulenwicklung gewickelt werden kann.
Ein vorteilhafter Aspekt sieht vor, dass der Drahtführabschnitt eine Richteinheit zur Ausrichtung des Drahtführabschnittes zu einer Drahtwickeleinheit und eine Drahtbremseinheit zur Geschwindigkeitsregelung des Drahts umfasst. Dies ermöglicht einen ruhigen Drahtlauf und macht den Wickelprozess insgesamt sicher beherrschbar.
Die Erfindung umfasst außerdem ein Verfahren zur Herstellung von Spulenwicklungen an Statoren und/oder Rotoren umfassend die Schritte:

• Bereitstellung einer Drahtspulenbereitstellungsvorrichtung
• Verschieben des ersten Spulenträgers von der Führungsschiene auf die Parkschiene
• Verschieben des zweiten Spulenträgers entlang der Führungsschiene, sodass der erste Spulenträger vom zweiten Spulenträger überholt wird
• Verschieben des ersten Spulenträgers von der Parkschiene auf die Führungsschiene.

Indem die Spulenträger einander „überholen“ können, wird das Erzeugen von Spulenwicklungen mit einer reduzierten Anzahl von Phasensprüngen ermöglicht.
Die Erfindung soll nachfolgend durch Ausführungsbeispiele anhand von Zeichnungen näher beschrieben werden. Hierzu zeigen:

1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Drahtspulenbereitstellungsvorrichtung mit zwei parallelen Bändern;
2 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäße Drahtspulenbereitstellungsvorrichtung in einer aus einer Horizontalstellung in eine Schrägstellung verfahrene Position;
3 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Drahtspulenbereitstellungsvorrichtung mit Spulenträgern mit Rollen;
4 Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Drahtspulenbereitstellungsvorrichtung mit V-förmig angeordneten Trägereinheiten; und
5 Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Drahtspulenbereitstellungsvorrichtung mit V-förmig angeordneten Trägereinheiten und drehbar gelagerten Spulenträgern.

In 1 ist eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Drahtspulenbereitstellungsvorrichtung 1 mit zwei parallelen Bändern 8 gezeigt. Die Drahtspulenbereitstellungsvorrichtung 1 zur Bewegung mehrerer Drahtspulen 7 bei der Herstellung von Spulenwicklungen umfasst wenigstens zwei Bänder 8 mit Führungsschienen 2. An den Führungsschienen 2 ist jeweils ein Spulenträger 4 anordenbar. Zwischen den beiden Bändern 8 sind Verbindungsschienen 6 angeordnet. Auf den Verbindungsschienen 6 ist ein Spulenträger 4 zwischen den Führungsschienen 2 der Bänder 8 verschiebbar. Ferner umfasst die Drahtspulenbereitstellungsvorrichtung 1 mindestens eine Parkschiene 5, auf die der Spulenträger 4 von der Führungsschiene 2 schiebbar ist, sodass ein weiterer in einer weiteren Führungsschiene 2 angeordneter Spulenträger 4 vorbeischiebbar ist.
Die Verbindungsschienen 6 sind senkrecht zu den Führungsschienen 2 angeordnet. Die zwei Bänder 8 mit Führungsschienen 2 sind parallel zueinander angeordnet.
Weiterhin ist in 1 ein Verfahren zur Herstellung von Spulenwicklungen an Statoren und/oder Rotoren umfassend die Schritte:

• Bereitstellung einer Drahtspulenbereitstellungsvorrichtung 1
• Verschieben des ersten Spulenträgers 4 von der Führungsschiene 2 auf die Parkschiene 5
• Verschieben des zweiten Spulenträgers 4 entlang der Führungsschiene 2, sodass der erste Spulenträger 4 vom zweiten Spulenträger 4 überholt wird
• Verschieben des ersten Spulenträgers 4 von der Parkschiene 5 auf die Führungsschiene 2 abgebildet.

2 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Drahtspulenbereitstellungsvorrichtung 1 in einer aus einer Horizontalstellung 10 in eine Schrägstellung 11 verfahrene Position. Die zwei Bänder 8 mit Führungsschienen 2 sind auf einer Trägereinheit 3 angeordnet. Die Trägereinheit 3 umfasst einen Antrieb 9, der derart ausgebildet ist, um die Trägereinheit 3 aus einer Horizontalstellung 10 in eine Schrägstellung 11 zu verfahren.
Der Drahtführabschnitt 12 ist radial schwenkbar angeordnet.
In 3 ist eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Drahtspulenbereitstellungsvorrichtung 1 mit Spulenträgern 4 mit Rollen 18 gezeigt. Der Spulenträger 4 umfasst Rollen 18, um entlang der Verbindungsschienen 6 und entlang der Parkschiene 5 rollbar zu sein. Denkbar ist auch, dass der Spulenträger 4 drehbar gelagert ist.
4 zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Drahtspulenbereitstellungsvorrichtung 1 mit V-förmig angeordneten Trägereinheiten 3. Dabei ist ersichtlich, dass die zwei Bänder 8 mit Führungsschienen 2 in einem vorbestimmten Winkel zueinander angeordnet sind.
Weiterhin zeigt 4, dass wenigstens zwei Trägereinheiten 3 radial schwenkbar an einem Drehpunkt 15 angeordnet sind.
In 5 ist eine erfindungsgemäße Drahtspulenbereitstellungsvorrichtung 1 mit V-förmig angeordneten Trägereinheiten 3 und drehbar gelagerten Spulenträgern 4 gezeigt. Auf dem Spulenträger 4 ist eine Drahtspule 7 angeordnet. Die Drahtspule 7 umfasst einen Drahtführabschnitt 12, der derart ausgebildet ist, um einer Drahtwickeleinheit 14 einen Draht 13 zuzuführen.
Der Drahtführabschnitt 12 umfasst eine Richteinheit 16 zur Ausrichtung des Drahtführabschnittes 12 zu einer Drahtwickeleinheit 14. Ferner umfasst der Drahtführabschnitt 12 eine Drahtbremseinheit 17 zur Geschwindigkeitsregelung des Drahts 13.
Besonders vorteilhaft ist, wenigstens zwei, bevorzugt mehrere Drahtspulenbereitstellungsvorrichtungen 1, in einer Drahtverarbeitungsmaschine zusammenzufassen. Eine Drahtverarbeitungsmaschine dient beispielsweise der Herstellung von Spulenwicklungen für Statoren und Rotoren zur Herstellung von Elektromotoren.
Bezugszeichen

1: Drahtspulenbereitstellungsvorrichtung
2: Führungsschienen
3: Trägereinheit
4: Spulenträger
5: Parkschiene
6: Verbindungsschienen
7: Drahtspulen
8: Bänder
10: Horizontalstellung
11: Schrägstellung
12: Drahtführabschnitt
13: Draht
14: Drahtwickeleinheit
15: Drehpunkt
16: Richteinheit
17: Drahtbremseinheit
18: Rollen

Claims

Drahtspulenbereitstellungsvorrichtung (1) zur Bewegung mehrerer Drahtspulen (7) bei der Herstellung von Spulenwicklungen umfassend wenigstens zwei Bänder (8) mit Führungsschienen (2), an denen jeweils ein Spulenträger (4) anordenbar ist, und mit zwischen den beiden Bändern (8) angeordneten Verbindungsschienen (6), auf denen ein Spulenträger (4) zwischen den Führungsschienen (2) der Bänder (8) verschiebbar ist, ferner umfassend mindestens eine Parkschiene (5), auf die der Spulenträger (4) von der Führungsschiene (2) schiebbar ist, sodass ein weiterer in einer weiteren Führungsschiene (2) angeordneter Spulenträger (4) vorbeischiebbar ist.
Drahtspulenbereitstellungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsschienen (6) senkrecht zu den Bändern (8) angeordnet sind.
Drahtspulenbereitstellungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Bänder (8) mit Führungsschienen (2) parallel zueinander angeordnet sind.
Drahtspulenbereitstellungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Bänder (8) mit Führungsschienen (2) in einem vorbestimmten Winkel zueinander angeordnet sind.
Drahtspulenbereitstellungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Bänder (8) mit Führungsschienen (2) auf einer Trägereinheit (3) angeordnet sind, umfassend einen Antrieb (9), der derart ausgebildet ist, um die Trägereinheit (3) aus einer Horizontalstellung (10) in eine Schrägstellung (11) zu verfahren.
Drahtspulenbereitstellungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Trägereinheiten (3) radial schwenkbar an einem Drehpunkt (15) angeordnet sind.
Drahtspulenbereitstellungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ferner umfassend einen Spulenträger (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenträger (4) Rollen (18) umfasst, um entlang der Verbindungsschienen (6) und entlang der Parkschiene (5) rollbar zu sein.
Drahtspulenbereitstellungsvorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Spulenträger (4) eine Drahtspule (7) angeordnet ist, die einen Drahtführabschnitt (12) umfasst, der derart ausgebildet ist, um einer Drahtwickeleinheit (14) einen Draht (13) zuzuführen.
Drahtspulenbereitstellungsvorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Drahtführabschnitt (12) eine Richteinheit (16) zur Ausrichtung des Drahtführabschnittes (12) zu einer Drahtwickeleinheit (14) und eine Drahtbremseinheit (17) zur Geschwindigkeitsregelung des Drahts (13) umfasst.
Verfahren zur Herstellung von Spulenwicklungen an Statoren und/oder Rotoren umfassend die Schritte: • Bereitstellung einer Drahtspulenbereitstellungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche • Verschieben des ersten Spulenträgers (4) von der Führungsschiene (2) auf die Parkschiene (5) • Verschieben des zweiten Spulenträgers (4) entlang der Führungsschiene (2), sodass der erste Spulenträger (4) vom zweiten Spulenträger (4) überholt wird • Verschieben des ersten Spulenträgers (4) von der Parkschiene (5) auf die Führungsschiene (2).