DE19748242B4

DE19748242B4 - Verfahren zum Herstellen von Drahtspulen auf in konvexen Ebenen angeordneten Wickelkörpern

Info

Publication number: DE19748242B4
Application number: DE19748242A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Zapf; Gerhard Badstübner
Original assignee: VEM Motors GmbH
Current assignee: VEM Motors GmbH
Priority date: 1997-11-01
Filing date: 1997-11-01
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2017-11-02
Also published as: DE19748242A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen von Drahtspulen auf in konvexen Ebenen angeordneten Wickelkörpern unter Verwendung von Drahtzuführungen mittels Windarm und Aufschieben der hergestellten Drahtwicklung auf den Wickelkörper, dadurch gekennzeichnet,
daß mit Hilfe des Windarms (1) zunächst auf einer Wickelschablone (2) eine einzelne Drahtwicklung (4) hergestellt wird, wobei sich die Wickelebene (5) unterhalb der unteren Kante des Nutzahnes (8) befindet und der Spulendraht mittels Leitblechen (11) über die benachbarten Wickelkörper (7) gehoben wird,
daß in der gleichen Wickelebene (5) auf der Wickelschablone (2) eine weitere Drahtwicklung (4) bei gleichzeitigem Verdrängen der zuvor hergestellten Drahtwicklung (4) unter Inkaufnahme eines Spiels (6) zwischen der Drahtlage und dem Wickelkörper (7) hergestellt wird, wobei die verdrängten Drahtwicklungen (4) zum Nuttiefsten hin verschoben werden,
daß nach dem Erreichen der Sollwicklungsanzahl wenigstens die letzte Drahtwicklung (4) mit erhöhter Drahtzugkraft bei Minimierung des Spiels (6) zwischen Drahtwicklung (4) und Wickelkörper (7) das Zurückgleiten der letzten hergestellten Drahtwicklung...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Drahtspulen auf in konvexen Ebenen angeordneten Wickelkörpern unter Verwendung von Drahtzuführugen mittels Windarm und Aufschieben der hergestellten Drahtwicklung auf den Wickelkörper, wie es im Elektromaschinenbau insbesondere zum rationellen Herstellen von Elektromotoren benötigt wird.
Erheblichen Arbeitsaufwand erfordert das Einbringen von Drahtwicklungen in die Pakete von Wickelkörpern, insbesondere der Statoren von Nabenmotoren bzw. der Anker von Elektromotoren.
Nach dem Stand der Technik wird das mechanisierte Herstellen der Wicklungen um Wickelkörper auf vielfältige Weise realisiert. Dominierend sind Führungselemente in Form von Führungsnadeln, mit deren Hilfe der Draht zur Herstellung einer Wicklung um den jeweiligen Wickelkörper jeweils durch die Nut zwischen zwei nebeneinander liegenden Wickelkörpern geführt wird.

Auf den Einsatz von Führungsnadeln verzichten Verfahren, beispielsweise gemäß DE 32 13 061 A1 , die das Herstellen der kompletten Spule außerhalb des Pakets von Wicklekörpern und das Verwenden von Stößeln zum Eindrücken der vorgewickelten Spulen in die Nuten des Paketes vorsehen.

Der Nachteil dieser technischen Lösung besteht darin, daß die komplette vorgefertigte Spule mit besonderen Einrichtungen so auf den entsprechenden Wickelkörper aufgeschoben werden muß, daß die Gefahr einer Verletzung einzelner Drahtwicklungen beim Aufschieben erhöht ist. Darüber hinaus werden zusätzliche technische Einrichtungen benötigt, um diesen Aufschiebevorgang zu bewirken. Schließlich müssen Vorkehrungen zusatzlich getroffen werden, um das Abgleiten der aufgeschobenen Drahtspule vom Wickelkörper sicher zu verhindern.

Eine weitere technische Lösung für das Herstellen von Spulen auf Wickelkörpern eines Ankers wird mit der DE 42 09 532 C1 bekanntgemacht. Auch diese Lösung bedient sich einer Vorrichtung zur Führung des Wickeldrahtes durch die Nuten zwischen den Wickelkörpern. Zusätzlich sieht dieser technische Lösungsvorschlag vor, Vorrichtungen zum Niederhalten der einzelnen Drahtwicklungen einzusetzen, die jeweils bis zum Ausbringen der nächstfolgenden Wicklung im Einsatz bleiben.

Die Vielzahl der erforderlichen Prozeduren erfordert in der Regel einen rechnergestützten Robotereinsatz. Zugleich besteht auch hierbei die Gefahr des Bewirkens von Isolationsschäden infolge des Einsatzes von Drahtführungseinrichtungen in den Nuten zwischen den Wickelkörpern.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb im Schaffen einer technischen Lösung, die die Mängel des Standes der Technik überwindet und vor allem mit geringem gerätetechnischen Aufwand das kostengünstige Herstellen von Drahtwicklungen auf Wickelkörpern ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Danach werden Drahtspulen auf in konvexen Ebenen angeordneten Wickelkörpern, insbesondere Ankern von Gleichstrommaschinen oder Statoren von Nabenmotoren, dadurch hergestellt, daß mittels Windarm Drahtwicklungen geformt und anschließend auf den Wickelkörper aufgeschoben werden.

Erfindungsgemäß werden dazu mit Hilfe eines Windarm zunächst auf einer Wickelschablone einzelne Drahtwicklungen hergestellt.

Die Wickelschablone besteht dabei aus zwei Zungen, die stirnseitig am jeweiligen mit einer Drahtspule auszustattenden Wickelkörper angeordnet und vorzugsweise konisch ausgebildet sind.

Außerhalb des Wickelkörpers ist die Schablone zum Zwecke des Verhinderns des Abgleitens des Wickeldrahtes von den Zungen so gestaltet, daß sich zwischen den Zungen und der übrigen Wickelschablone eine Haltekante ausbildet.

Die Wickelebene des Windarms befindet sich unterhalb der unteren Kante des Nutzahnes. Die Haltekante der Wickelschablone befindet sich etwa in Höhe der unteren Kante des Nutzahns.

In der gleichen Wickelebene wird sodann auf der Wickelschablone eine weitere Drahtwicklung bei gleichzeitigem Verdrängen der zuvor hergestellten Drahtwicklung unter Inkaufnahme eines Spiels zwischen der Drahtlage und dem Wickelkörper hergestellt. Dabei wird jeweils die verdrängte Drahtwicklung zum Nuttiefsten hin verschoben.

Nach dem Erreichen der Sollwicklungsanzahl wird wenigstens die letzte Drahtwicklung mit erhöhter Drahtzugkraft bei Minimierung des Spiels zwischen Drahtwicklung und Wickelkörper erzeugt, wodurch das Zurückgleiten der letzten hergestellten Drahtwicklung der jeweiligen Spule verhindert wird.

Nach dem Herstellen aller erforderlichen Wicklungen der Spule wird die Wickelschablone vom Wickelkörper entnommen und am nächsten Wickelkörper neu positioniert.

Mit diesem Vorgehen wird die jeweilige Drahtwicklung hergestellt, ohne daß eine Drahtführungseinrichtung die Nut zwischen den Wickelkörpern passieren muß. Damit werden wesentliche Voraussetzungen für das Verhindern von Isolationsschäden an den Spulenkörpern beim Herstellen gewährleistet.

Eine ähnlich Wirkung hat der Verzicht auf die sogenannten Stopfvorrichtungen, die für die Anwendung der technischen Lösungen nach dem Stand der Technik unerläßlich sind.

Mit der Wahl der konstruktiven Merkmale der Wickelschablone lassen sich auf einfachste Weise die maßlichen Spiele zwischen Wickelkörper und lichten Abmessungen der Spule bestimmen. Gleichzeitig wird mit der Wickelschablone das Verdrängen der zuvor hergestellten Wicklungen in die Nuten zwischen den Wickelkörpern unterstützt.

Allein durch das Anwenden einer erhöhten Drahtzugkraft bei der Herstellung der letzten Drahtwicklung einer Drahtspule wird das Positionieren des Spulenkörpers auf dem jeweiligen Wickelkörper unterhalb des Nutzahns sichergestellt.

Die Leitbleche, die dem Herausheben des Spulendrahtes beim Herstellen der einzelnene Drahtwicklungen aus den Nuten dienen, sind so angeordnet, daß sie nicht nur die benachbarten Wickelkörper abdecken und dabei eine Gleitfläche für den zu formenden Spulendraht bilden sondern auch seitlich an den Wickelkörpern so abgekantet sind, daß sie bedarfsweise auch beim Neupositionieren des Paketes in dieser Stellung verbleiben können. Die Abkantungen reichen dabei wenigstens bis unterhalb der vom Windarm beschriebenen Wickelebene. Da sich die Haltekante der Schablone ebenfalls unterhalb der Oberkante der Wickelkörper befindet, dient die weitere Gestaltung der Wickelschablone außerhalb des Zungenbereichs dazu, daß beim Herausheben des Spulendrahtes aus der Nut der bereits geformte Teil der Drahtwicklung in der Ebene der Haltekante verbleibt. Mit der Führung des Spulendrahtes durch den Wickelarm in der unterhalb der Haltekante angeordneten Wickelebene wird das Verschieben der zuletzt in der Ebene der Haltekante hergestellten Drahtwicklung unterstützt.

Die Einfachheit des Vorgehens führt außerdem zu der angestrebten Kostensenkung.

Die Leitbleche sind beidseitig jeweils über den benachbarten Wickelkörpern angeordnet und besitzen gegenüber dem Nutzahn des zu bewickelnden Wickelkörpers lediglich einen lichten Abstand, der nur geringfügig über der Drahtdicke für die aufzubringenden Drahtwicklungen liegt.

Auf diese Weise wird ausgeschlossen, daß es bei zeitweilig unzureichender Drahtspannung zu Berührungen mit benachbarten Wickelkörpern oder zur Behinderung des Hineingleitens der jeweiligen Drahtwicklung in die Nuten zwischen den Wickelkörpern kommt.

In einer weiteren Variante der Erfindung wird die hergestellte Drahtwicklung vor dem Verdrängen durch die darauffolgend hergestellte Drahtwicklung an der Haltekante der Wickelschablone zwischenpositioniert. Die Haltekante der Wickelschablone ist dabei jener Bereich der stirnseitig an den Wickelkörpern angeordneten Wickelschablonen, in dem die größere Konizität der Wickelschablone in eine wesentlich geringere Konizität bzw. in den Bereich der parallel zur Stirnseite des Wickelkörpers angeordneten Zungen der Wickelschablonen übergeht. Auf diese Weise wird ein vorzeitiges Hineingleiten der Drahtwicklung in die Nuten zwischen den Wickelkörpern verhindert. Gleichzeitig kommt es zu einer bemerkenswert maßhaltigen Anordnung der einzelnen Drahtwicklungen im herzustellenden Spulenkörper.

Das benötigte Spiel zwischen Drahtwicklung und dem Wickelkörper als Folge der Anordnung der Wickelschablone an den Stirnseiten des Wickelkörpers wird bevorzugt überwiegend außerhalb des Paketes hergestellt. Es entsteht dadurch, daß die einzelne Drahtwicklung etwa in der Ebene der Haltekanten der Wickelschablone hergestellt wird und von dort über die sich zum Ende der Wickelschablone hin verjüngende Zunge auf den Wickelkörper gleitet.

Bei der Herstellung der letzten Drahtwicklung eines Spulenkörpers wird bevorzugt mit einer erhöhten Drahtzugkraft gearbeitet, wodurch die Anordnung dieser Drahtwicklung des Spulenkörpers unter dem Nutzahn bewirkt wird. Die erhöhte Drahtzugkraft ist in einer besonderen Ausführungsform die Folge der Neupositionierung des Paketes der Wickelkörper gegenüber der Wickelvorrichtung. Damit entfallen gegebenenfalls aufwendige Spannvorrichtungen. Dennoch wird auf diese Weise das sichere Fixieren des erzeugten Spulenkörpers auf dem Wickelkörper unterhalb des Nutzahns gewährleistet.

Es ist auch möglich, diesen Fixiervorgang durch das kurzzeitige Absenken des Windarms in Richtung des Nuttiefsten nach Abschluß des Herstellens eines Spulenkörpers zu bewirken. Dazu befindet sich der Windarm etwa in der Ebene der Nuten bzw. der Längsachse des Wickelkörpers.

Vor dem jeweiligen Neupositionieren der Wickelschablone an einem Wickelkörper erfolgt das Entnehmen der Wickelschablone bevorzugt dadurch, daß die Wickelschablone wenigstens um das Maß ihres Eingreifens in den Radius des Paketes herausgehoben wird.

Nach erfolgter Neupositionierung wird die Wickelschablone am zu bewickelnden Wickelkern erneut in ihre Arbeitsstellung gebracht. Das Neupositionieren kann vorteilhafterweise durch die Lageveränderung des Paketes gegenüber der Wickelvorrichtung, beispielsweise durch einfaches Verdrehen um ein festes Winkelmaß, erreicht werden.

Zusammengefaßt bestehen die Vorzüge der Erfindung darin, daß mit vergleichsweise geringem gerätetechnischen und verfahrenstechnischen Aufwand qualitätsgerechte Drahtspulen auf in Paketen angeordneten Wickelkörpern hergestellt werden können. Die Gefahr von Isolationsverletzungen der in Spulen anzuordnenden Drähte kann entscheidend vermindert werden. Die Produktivität bei der Herstellung der Drahtspulen auf in konvexen Ebenen angeordneten Wickelkörpern läßt sich gegenüber dem bekannten Stand der Technik entscheidend erhöhen.

Als beachtlicher weiterer Vorzug der Erfindung ist die Möglichkeit der Verwendung von standardisierten Drahtführungseinrichtungen und der Drahtwicklung herstellenden Windarmkonstruktionen für eine Vielzahl von unterschiedlichsten Wicklungsaufgaben zu betrachten. Die individuellen Anforderungen für die konkrete Wicklungsaufgabe sind im wesentlichen durch spezielle Wickelschablonen und Leitblechkonstruktionen zu realisieren.

Es ist ebenso unproblematisch möglich, Wickelkörper mit verschränkten Nuten und größtmöglicher Packungsdichte zu bewickeln.

Die Erfindung soll nachstehend mit einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

In der beiliegenden Zeichnung zeigt:
1: den schematischen Längsschnitt eines Wickelkörpers mit daran stirnseitig angeordneter Wickelschablone und umlaufendem Windarm;
2: den schematischen Querschnitt eines Wickelkörpers mit Anordnung von Leitblechen über den benachbarten Wickelkörpern.
Ausführungsbeispiel:
Gemäß der 1 und 2 werden die Wickelkörper 7 des Stators eines Nabenmotors mit Spulenkörpern 3 ausgestattet.
Dazu wird eine Wickelvorrichtung eingesetzt, die ortsunveränderlich oberhalb des Paketes 10 der in einer konkaven Ebene angeordneten Wickelkörper 7 positioniert wird.
Die eingesetzte Wickelvorrichtung besteht aus einer Wickelschablone 2 und einem angetriebenen Windarm 1 zur Führung des Wickeldrahtes, ergänzt um Leitbleche 11. Die Wickelschablone 2 besitzt zwei Arme, die mit geringfügig größerer Breite als der Breite der Wickelkörper 7 in der Ebene der Nutzähne 8 an den Stirnseiten 13 der Wickelkörper 7 angeordnet sind. Die Wickelvorrichtung ist so ausgeführt, daß es wahlweise zu einer Höhenverstellung der Wickelschablone 2 und der Leitbleche 11 oder zu einem bedarfsweisen Absenken der Drehachse des mit Spulenkörpern 3 auszustattenden Paketes 10 kommen kann.
Der Windarm 1 der Wickelvorrichtung besitzt eine Drahtführung, deren Wickelebene 5 sich unterhalb der Haltekanten 12 der Wickelschablone 2 und innerhalb des Bereichs der seitlichen Abkantungen der Leitbleche 11 befindet.
In der Wickelebene 5 verfügen die Arme der Wickelschablone 2 über eine Konizität, die bis zur Haltekante mit mehr als 15 Grad zur Verjüngung der Schablonenenden beiträgt.
Die Haltekanten 12 an den Armen der Wickelschablone 2 befinden sich etwa in der Höhe des unteren Endes der Nutzähne 8.
Die mit einem Spulenkörper 3 auszustattenden benachbarten Wickelkörper 7 sind jeweils mit nahezu ebenen Leitblechen 11 abgedeckt. Sie ragen bis zu den Nutzähnen 8 des zu bewickelnden Wickelkörpers 7, daß sich zwischen den Enden der Leitbleche 11 und den Nutzähnen 8 ein Abstand von wenig mehr als der Dicke des verwendeten Spulendrahtes ergibt.
Nach erfolgter Positionierung der Wickelvorrichtung an dem mit einem Spulenkörper 3 auszustattenden Wickelkörper 7 führt der Windarm 1 den zum Spulenkörper 3 zu formenden Draht in der Wickelebene 5 so um die Wickelschablone 2, daß sich eine vorgeformte Drahtwicklung 4 ergibt. Während der zu formende Draht im Falle der Ausrichtung des Windarmes 1 parallel zur Längsachse des Wickelkörpers 7 etwa in der Ebene der Haltekanten 12 positioniert ist, wird beim weiteren Verdrehen des Windarms 1 der Draht aus dieser Ebene durch das Aufgleiten auf die Leitbleche 11 herausgehoben. Dabei wird stirnseitig der bereits geformte Draht an der Haltekante 12 der Wickelschablone 2 gehalten. Anschließend gleitet der Spulendraht vom Leitblech 11 erneut an die Wickelschablone 2, wobei der dort positionierte Draht der vorher hergestellten Drahtwicklung 4 verdrängt wird. Dieser Verdrängungsprozeß wird dadurch unterstützt, daß der Windarm 1 den Draht in der unterhalb der Ebene der Haltekanten 12 angeordneten Wickelebene 5 führt.
Der Transport der auf diese Weise hergestellten und an den Haltekanten 12 der Wickelschablone 2 zwischenpositionierten Drahtwicklung 4 bis zu ihrer vorgesehenen Endlage erfolgt allein durch das Herstellen der weiteren benötigten Drahtwicklungen 4 des Spulenkörpers 3, wobei durch das Herstellen einer weiteren Drahtwicklung 4 die zuvor hergestellten Drahtwicklungen 4 in Richtung der Achse der Paketes 10 von Wickelkörpern 7 verschoben werden. Vorzugsweise sind die Enden der Wickelschablone 2 unterhalb der Haltekanten 12 als Zungen 14 mit einer geringfügigen Konizität von etwa 3 Grad ausgebildet.
Nach dem Herstellen der letzten Drahtwicklung 4 und deren Zwischenpositionierung in der Eebene der Haltekanten 12 wird die Wickelschablone 2 aus dem Paket 10 herausgehoben und zugleich das Paket 10, um ein festes Winkelmaß verdreht, wobei es infolge der kurzzeitig erhöhten Drahtzugkraft zu einer Verringerung des Spiels 6 der zuletzt hergestellten Drahtwicklung 4 auf dem Wickelkörper 7 und damit zu einem Positionieren dieser Drahtwicklung 4 unterhalb der Nutzähne 8 kommt.
Ein nachträgliches Abgleiten des Spulenkörpers 3 vom Wickelkörper 7 wird damit sicher verhindert.

1: Windarm
2: Wickelschablone
3: Spulenkörper
4: Drahtwicklung
5: Wickelebene
6: Spiel
7: Wickelkörper
8: Nutzahn
9: Wickelnut
10: Paket
11: Leitblech
12: Haltekante
13: Stirnseite
14: Zunge

Claims

Verfahren zum Herstellen von Drahtspulen auf in konvexen Ebenen angeordneten Wickelkörpern unter Verwendung von Drahtzuführungen mittels Windarm und Aufschieben der hergestellten Drahtwicklung auf den Wickelkörper, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe des Windarms (1) zunächst auf einer Wickelschablone (2) eine einzelne Drahtwicklung (4) hergestellt wird, wobei sich die Wickelebene (5) unterhalb der unteren Kante des Nutzahnes (8) befindet und der Spulendraht mittels Leitblechen (11) über die benachbarten Wickelkörper (7) gehoben wird, daß in der gleichen Wickelebene (5) auf der Wickelschablone (2) eine weitere Drahtwicklung (4) bei gleichzeitigem Verdrängen der zuvor hergestellten Drahtwicklung (4) unter Inkaufnahme eines Spiels (6) zwischen der Drahtlage und dem Wickelkörper (7) hergestellt wird, wobei die verdrängten Drahtwicklungen (4) zum Nuttiefsten hin verschoben werden, daß nach dem Erreichen der Sollwicklungsanzahl wenigstens die letzte Drahtwicklung (4) mit erhöhter Drahtzugkraft bei Minimierung des Spiels (6) zwischen Drahtwicklung (4) und Wickelkörper (7) das Zurückgleiten der letzten hergestellten Drahtwicklung (4) verhindernd hergestellt wird, daß die Wickelschablone (2) danach vom Wickelkörper (7) entnommen und am nächsten Wickelkörper (7) neu positioniert wird.
Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Neupositionieren der Wickelschablone (2) an einem Wickelkörper (7) die Wickelschablone (2) wenigstens um das Maß ihres Eingreifens in den Radius des Paketes (10) herausgehoben wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hergestellte Drahtwicklung (4) vor dem Verdrängen durch die darauffolgend hergestellte Drahtwicklung (4) an der Haltekante (12) der Wickelschablone (2) zwischenpositioniert wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Spiel (6) zwischen Drahtwicklung (4) und dem Wickelkörper (7) als Folge der Anordnung der Wickelschablone (2) an den Stirnseiten (13) des Wickelkörpers (7) überwiegend außerhalb des Paketes (10) an den beiden Stirnseiten (13) des mit einem Spulenkörper (3) auszustattenden Wickelkörpers (7) hergestellt wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erhöhte Drahtzugkraft für die Anordnung der letzten Drahtwicklung (4) des Spulenkörpers (3) unter dem Nutzahn (8) durch das Neupositionieren des Pakets (10) bewirkt wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erhöhte Drahtzugkraft für die Anordnung der letzten Drahtwicklung (4) des Spulenkörpers (3) unter dem Nutzahn (8) durch das Absenken des Windarms (1) in einer parallel zur Wickelnut (9) ausgerichteten Stellung bewirkt wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Neupositionieren der Wickelschablone (2) am nächsten Wickelkörper (7) durch Lageveränderung des Paketes (10) von Wickelkörpern (7) vorgenommen wird.