DE4031276A1 - Staender fuer elektrische maschinen und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Ständer für elektrische Maschinen mit einer Stabwicklung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und von einem Verfahren zur Herstellung eines solchen Ständers.

Bei Drehstromgeneratoren, insbesondere Lichtmaschinen größerer Bauart zur Stromversorgung von Fahrzeugen ist der Ständer der Maschine mit einer mehrpoligen Drehstrom-Wellen- bzw. Schleifen­ wicklung versehen, die aus einzelnen Leiterstäben in den Nuten des Ständerblechpaketes gebildet wird. Dabei werden die Leiterstäbe gemäß DE 37 04 780 A1 zunächst haarnadelförmig vorgebogen und die Schenkel werden im oberen Teil gegeneinander verschränkt, so daß sie in einem Spreizschritt über eine Polteilung des Ständerblechpaketes von der einen Stirnseite des Blechpaketes in dessen Nuten einge­ steckt werden können. Auf der anderen Stirnseite werden die Enden der Leiterstäbe dann nochmals um eine Polteilung gegeneinander ver­ schränkt, so daß die Stabenden paarweise übereinanderliegend zu einer Schleifen- bzw. Wellenwicklung miteinander verschweißt oder verlötet werden. Da bei derartigen Wicklungen zwischen den einzelnen Wicklungszügen einer jeden Phase sogenannte Zwischen- und Umkehr­ verbindungen benötigt werden, hat man diese Zusatzschaltverbindungen bei Drehstrom-Lichtmaschinen bislang auf einer Seite des Stators an den Stabenden in Form von Zusatzschaltbügeln angeordnet, die mit den jeweiligen Leiterstabenden in besonderen, zusätzlichen Arbeitsgängen manuell verschweißt wurden.

Aus der DE 34 41 825 A1 ist bekannt, diese Zusatzschaltverbindungen nicht mehr als separate Zusatzschaltbrücken mit den Stabenden zu verschweißen, sondern sie an dem freien Ende eines jeweils haar­ nadelförmig vorgebogenen Leiterstabes anzubringen. Da die haarnadel­ förmig vorgebogenen und um eine Polteilung verschränkten Leiterstäbe von einer Seite des Blechpaketes in die Nuten eingesteckt und danach an der anderen Stirnseite des Blechpaketes um eine weitere Pol­ teilung verschränkt werden, lassen sich diese Serien- und Umkehr­ verbindungen nur durch zusätzliche Arbeitsgänge am halbfertigen Ständer der Maschine, d. h. nach dem Einstecken der einseitig ver­ schränkten Leiterstäbe in die Nuten des Ständerblechpaketes durch Abkröpfungen der Stabenden so realisieren, daß dabei die übrigen Stabenden nicht beschädigt werden. Um das Verschränken und Ein­ stecken sowie Löten bzw. Schweißen der Leiterstäbe möglichst voll­ automatisch durchführen zu können, sind diese zusätzlichen Biege­ maßnahmen am halbfertigen Stator zu vermeiden,

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Ständer mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, daß die Serien- und/oder Umkehr­ verbindungen für die einzelnen Züge der Schleifen- oder Wellen­ wicklung nunmehr ebenso wie die haarnadelförmigen übrigen Leiter­ stäbe zunächst vorgebogen und dann gemeinsam als eine Einheit über eine Polteilung verschränkt werden können, bevor sie in die Nuten des Blechpaketes eingesetzt werden. Auf der gegenüberliegenden Stirnseite des Blechpaketes können nunmehr sämtliche dort vorstehen­ den Leiterstäbe der oberen und der unteren Lage erneut um je eine halbe Polteilung gegeneinander verschränkt und ihre übereinander­ liegenden Enden paarweise verschweißt oder verlötet werden. Da hier­ bei alle Löt- bzw. Schweißverbindungen auf einer Stirnseite der Maschine in einer ringförmigen Ebene liegen, können sie maschinell paarweise miteinander verbunden werden, ohne zusätzlichen Verbin­ dungsschienen oder Abkröpfungen von Leiterstäben.

Sämtliche Schritte zur Herstellung eines solchen Ständers lassen sich mit den Verfahrensmerkmalen des Patentanspruchs 4 maschinell durchführen. Dabei werden die U-förmigen Leiterstäbe für eine Zwischenverbindung jeweils um eine halbe Nutbreite gekröpft vor­ gebogen und die Umkehrverbindungsstäbe werden auf eine Polteilung U-förmig vorgebogen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Patentan­ spruch 1 und 4 angegebenen Merkmale. So ist besonders vorteilhaft, für ein maschinelles paarweises Verlöten oder Verschweißen der Leiterstabenden auf der einen Stirnseite des Blechpaketes, wenn die Wicklungsenden für die drei Phasen eines Drehstromgenerators auf der den galvanischen Stabverbindungen abgewandten Stirnseite des Blech­ paketes herausgeführt sind. Für eine maschinelle Verlötung oder Verschweißung der Leiterstabenden ist ferner darauf zu achten, daß die galvanischen Stabverbindungen am Umfang der Ständerstirnseite nicht zu dicht beieinanderliegen. Zweckmäßigerweise sind dazu in jeder Nut zwei Leiterstäbe der Schleifen- oder Wellenwicklung in einer inneren Lage und zwei in einer äußeren Lage nebeneinander anzuordnen.

Zur Herstellung des Ständers einer elektrischen Maschine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Anspruch 4 ist es ferner zweck­ mäßig die über eine Polteilung U-förmig vorgebogenen Umkehrver­ bindungsstäbe derart in der Montagevorrichtung aufzunehmen, daß die beiden Schenkel jeweils in gleicher Richtung verschränkt in die äußere Lage der ihnen zugeordneten Nuten eingesteckt werden. Die Zwischenverbindungsstäbe werden dagegen in vorteilhafter Weise auf eine halbe Nutbreite seitlich gekröpft U-förmig vorgebogen und in der Montagevorrichtung derart aufgenommen, daß die vorderen Abschnitte der beiden Schenkel zunächst entgegengesetzt verschränkt werden, damit der eine Schenkel in die äußere Lage der einen Nut und der andere Schenkel in die innere Lage einer um eine Polteilung versetzten zweite Nut eingesteckt werden kann. Für eine vollautoma­ tische Verschweißung oder Verlötung der paarweise übereinander­ liegenden Leiterstabenden an einer Stirnseite des Stators ist es außerdem zweckmäßig, die Anschlußenden für jede Phase der Stator-Stabwicklung als gerade Leiterstäbe zusammen mit den Köpfen der übrigen vorgegebenen Leiterstäbe derart in der Montagevor­ richtung aufzunehmen, daß sie nach dem Verschränken und Einstecken in die Nuten des Ständerblechpaketes über die Köpfe der vorgebogenen Leiterstäbe axial frei vorstehen.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge­ stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 ein Statorblechpaket mit erfindungsgemäß montierter Stabwicklung in raumbildlicher Darstellung, Fig. 2 zeigt das Wickelschema des Stators nach Fig. 1, Fig. 3 zeigt die verschie­ denen Wicklungsstäbe für die Stabwicklung und die Fig. 4, 5 und 6 zeigen die verschiedenen Stationen bei der Aufnahme und Verschrän­ kung der Wicklungs-, Umkehrverbindungs- und Zwischenverbindungsstäbe in der Montagevorrichtung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist der Ständer eines 12-poligen Drehstromgenerators für Kraftfahrzeuge in raumbildlicher Darstellung mit 10 bezeichnet. Der Ständer 10 besteht aus einem genuteten Blechpaket 11, in dessen 36 Nuten 12 eine Stabwicklung 13 untergebracht ist. Haarnadelförmig vorgebogene Wicklungsstäbe 14 der Stabwicklung 13 sind an ihren auf der hinteren Stirnseite des Ständers liegenden Wicklungsköpfen 14b um eine Polteilung in Umfangsrichtung verschränkt und mit ihren Schenkeln in je einer äußeren und einer inneren Lage in die Nuten 12 des Blechpaketes 11 eingesteckt. An der vorderen Stirnseite des Blechpakets 11 sind die herausstehenden Enden der Schenkel der äußeren und inneren Lage der Wicklungsstäbe 14 ebenfalls gegeneinan­ der um eine Polteilung verschränkt, so daß die Stabenden 14a der äußeren und inneren Lage jeweils paarweise übereinanderliegen und zu einer Wellenwicklung 16 miteinander galvanisch verbunden, d. h. verschweißt oder verlötet sind. Anstelle einer Wellenwicklung kann in entsprechender Weise mit allen Stabverbindungen 18 an einer Stirn­ seite auch eine Schleifenwicklung realisiert werden.

Fig. 2 zeigt das Wickelschema für eine Phase der Wellenwicklung im Ständer 11 des Drehstromgenerators mit einem Wicklungsschritt, von vier Nuten 12 der als Stabwicklung ausgeführten Wellenwicklung 16 Dabei sind in jeder Nut 12 des Statorblechpaketes 11 zwei Leiter 17 in einer äußeren Lage und zwei weitere Leiter in einer inneren Lage nebeneinanderliegend angeordnet. Die Anschlußenden der drei Phasen der Wellenwicklung 16, von denen in Fig. 2 die Enden U und X einer Phase dargestellt sind, liegen wie in Fig. 1 auf der hinteren, den galvanischen Stabverbindungen 18 abgewandten Stirnseite des Blech­ paketes 11. Aus den haarnadelförmig gebogenen, verschränkten und paarweise verschalteten Wicklungsstäben 14 ergibt sich gemäß Fig. 2 eine Wellenwicklung 16, indem vom Wicklungsanfang U ein erster Wick­ lungszug U1 zunächst in die untere Lage der ersten Nut führt, sich dann auf der anderen Stirnseite über eine der Stabverbindungen 18 der mit einer Polteilung T von drei Nuten verschränkten Wicklung in der oberen Lage der vierten Nut 12 fortsetzt, von dort dann wellen­ förmig abwechselnd in einer unteren und einer oberen Lage mit jeweils einer Polteilung in Umfangsrichtung weitergeführt wird, bis er schließlich in der oberen Lage der dreiunddreißigsten Nut endet. Dieser Wicklungszug U1 wird nun über eine Zwischenverbindung 19 auf den zweiten Leiter in der unteren Lage der ersten Nut 12 fort­ geschaltet, so daß sich nun ein zweiter Wicklungszug U2 neben dem ersten Wicklungszug U1 anschließt. Das Ende dieses Wicklungszuges U2 liegt nun in der oberen Lage der dreiunddreißigsten Nut 12 und wird über eine Umkehrverbindung 20 auf einen dritten Wicklungszug U3 geschaltet, der um eine Polteilung in entgegengesetzter Umlauf­ richtung in der oberen Lage der dreißigsten Nut 12 beginnt, in der unteren Lage der dreiunddreißigsten Nut endet und über eine weitere Zwischenverbindung 19 auf einen vierten Wicklungszug U4 geschaltet wird, der mit dem zweiten Leiter der oberen Lage in der dreißigsten Nut 12 beginnt, in der unteren Lage der dreiunddreißigsten Nut endet und schließlich dort am Anschluß X wieder herausgeführt wird. Eine derartige Wellenwicklung mit vier Wicklungszügen ergibt sich in gleicher Weise für die zwei anderen Phasen des Drehstromgenerators in den von der ersten Phase nicht belegten übrigen Nuten 12. Mit dem gleichen Wicklungsschema können ggf. auch die Umkehrverbindungen 20 mit Anfang und Ende der drei Wicklungsphasen vertauscht werden und/oder es können die Verschränkungen an den Stirnseiten des Blech­ paketes umgekehrt werden.

Um eine möglichst maschinelle Montage der gesamten Stabwicklung 13 im Blechpaket 11 des Ständers 10 realisieren zu können, müssen insbesondere für die Zwischen- und Umkehrverbindungen besondere zusätzliche Kontaktierungs- und und Biegungsvorgänge vermieden werden, die ein einheitliches Verschränken der Wicklungsstäbe an den Stirnenden des Blechpaketes sowie das paarweise Verschweißen der Leiterstabenden auf der einen Stirnseite des Blechpaketes 11 behindern. Zu diesem Zweck werden die Wicklungsstäbe 14 ebenso wie die Umkehrverbindungsstäbe 20, Zwischenverbindungsstäbe 19 und Leiterstäbe 21 für die Anschlußenden X, Y getrennt voneinander vorgefertigt.

In Fig. 3 sind diese vorgefertigten Teile erkennbar. Die Wicklungs­ stäbe 14 sind haarnadelförmig bzw. U-förmig gebogen, so daß einer der beiden Schenkel 14c für die obere und einer für die untere Lage in den Nuten 12 des Blechpaketes 11 zu verwenden ist. Die Anschluß­ enden einer jeden Phase der Stabwicklung 13 sind als gerade Leiter­ stäbe 21 nicht vorgebogen. Die Zwischenverbindungsstäbe 19 werden dagegen ähnlich wie die Wicklungsstäbe 14 U-förmig vorgebogen, darüber hinaus aber auch noch um eine halbe Nutbreite seitlich gekröpft, damit ihre Schenkel 19c jeweils neben einem weiteren Leiter der oberen bzw. der unteren Lage einer Nut 12 Platz findet. Die Umkehrverbindungsstäbe 20 sind über eine Polteilung T U-förmig vorgebogen.

Mit Hilfe der Fig. 4 bis 7 wird anhand einer teilweisen Umfangsabwicklung dargestellt, auf welche Weise der in Fig. 1 gezeigte Ständer 11 einer elektrischen Maschine mit einer in die Nuten 12 des Blechpaketes 11 eingesetzten Stabwicklung 13 maschinell mit Hilfe einer Montiervorrichtung 24 hergestellt werden kann.

Gemäß Fig. 4 werden zunächst die unterschiedlich vorgebogenen Wicklungsstäbe 14, Zwischenverbindungsstäbe 19, Umkehrverbindungs­ stäbe 20 und Anschlußleiterstäbe 21 in richtiger Reihenfolge gemäß Fig. 2 an ihren Köpfen 14b, 19b, 20b bzw. am Ende 21b in einem Haltering 25 aufgenommen. Die Schenkel 14c der Wicklungsstäbe 14 liegen dabei untereinander. Die Schenkel 20c des für jede Phase der Stabwicklung erforderlichen Umkehrverbindungsstabes 20 liegen jeweils oben für die äußere Nutlage. Die beiden Schenkel 20c der für jede Phase benötigten zwei Zwischenverbindungsstäbe 19 liegen seitlich versetzt nebeneinander, wobei sich einer in der oberen Lage und der andere unterhalb eines Schenkels 20c des Umkehrverbindungs­ stabs 20 in der unteren Lage befindet. Unter dem oberen Schenkel 19c eines jeden Zwischenverbindungsstabes 19 wird außerdem jeweils ein Anschlußleiterstab 21 im Haltering 25 aufgenommen, dessen Anschluß­ ende 21b nach außen vorsteht. Um die erforderliche Wickelkopfhöhe der Stabwicklung 13 zurückversetzt sind außerdem zwei konzentrisch ineinanderliegende Verschränkungsringe 26, 27 angeordnet, die - ebenfalls in der Abwicklung ausschnittsweise dargestellt - die Schenkel 14c, 19c, 20c und 21c der Wicklungsstäbe 14, der Zwischen­ verbindungsstäbe 19, der Umkehrverbindungsstäbe 20 und der Anschluß­ leiterstäbe 21 aufnehmen. Der äußere Verschränkungsring 26 nimmt dabei die außenliegenden Schenkel und der innere Verschränkungsring 27 die innenliegenden Schenkel dieser Stäbe auf.

Wie Fig. 5 zeigt, werden nun die beiden Verschränkungsringe 26, 27 gegeneinander jeweils in Pfeilrichtung um eine halbe Polteilung T/2 verdreht, wodurch die Vorderabschnitte der Schenkel 14c, 19c, 20c und 21c entsprechend jeweils um eine halbe Polteilung des Ständers 10 verschränkt werden. Dadurch ergibt sich für die Wicklungsstäbe 14 und die Zwischenverbindungen 19 ein Spreizschritt von einer Pol­ teilung T, für die Umkehrverbindungsstäbe 20 ergibt sich an den Vorderabschnitten der beiden Schenkel 20c eine Verschränkung in gleicher Richtung um eine halbe Polteilung und ebenso ergibt sich für den entsprechenden Abschnitt der Anschlußleiterstäbe 21 eine Verschränkung um eine halbe Polteilung.

Die Verschränkungsringe 26, 27 werden nun entfernt und in dem nach­ folgenden Montageschritt werden die im Haltering 25 aufgenommenen Stäbe in die Nuten 12 des Blechpaketes 11 gemäß Fig. 6 eingesteckt, wobei in sämtlichen Nuten 12 jeweils zwei Leiter in der oberen und zwei in der unteren Lage nebeneinander angeordnet sind. In einem weiteren Schritt werden nun die Enden 14a, 19a, 20a und 21a der Wicklungsstäbe 14, Zwischenverbindungen 19, Umkehrverbindungen 20 und Anschlußleiterstäbe 21 in den zwei Verschränkungsringen 26 und 27 aufgenommen und gemäß Fig. 7 erneut um jeweils eine halbe Pol­ teilung T/2 in entgegengesetzte Richtungen gegeneinander verdreht.

Wie Fig. 7 zeigt, werden dadurch die hinteren Abschnitte aller Stäbe der Stabwicklung 13 in der unteren Lage gegenüber den Stäben in der oberen Lagen gegeneinander verschränkt, so daß die nunmehr paarweise übereinanderliegenden, entgegengesetzt verschränkten Stabenden 14a, 19a, 20a und 21a einen weiteren Spreizschritt von einer Polteilung T bilden. Die Verschränkungsringe 26, 27 werden danach entfernt und in der nachfolgenden Bearbeitungsstelle werden nun die paarweise übereinanderliegenden Stabenden schrittweise miteinander verschweißt oder durch Tauchlötung in einem Arbeitsgang paarweise verlötet. Dabei ist es zweckmäßig, die Isolierung an den Stabenden bereits vor der Aufnahme der Wicklungsstäbe 14 in den Haltering 25 zu entfernen, sofern diese sich nicht durch Erhitzung, Elektrodendruck und dergleichen bei der paarweisen Kontaktierung der Stabenden in ausreichendem Maß beseitigen läßt.

Claims (7)

1. Ständer einer elektrischen Maschine mit einer Stabwicklung, deren haarnadelförmig vorgebogenen und an den Stirnseiten um eine Pol­ teilung verschränkten Stäbe in einer äußeren und einer inneren Lage der Nuten eines Blechpaketes von einer Seite her eingesteckt und an der anderen Stirnseite des Blechpaketes gegeneinander derart ver­ schränkt sind, daß sie mit ihren Stabenden paarweise übereinander­ liegend zu einer Wellen- oder Schleifenwicklung miteinander galvanisch verbunden sind, welche Zwischen- und/oder Umkehrverbin­ dungen für die einzelnen Züge der Wellen- oder Schleifenwicklung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischen- und/oder Umkehr­ verbindungen (19, 20) ebenfalls als haarnadelförmig vorgebogene und verschränkte Stäbe gemeinsam mit den übrigen Wicklungsstäben (14) von der einen Stirnseite her in die entsprechenden Nuten (12) des Blechpaketes (11) eingesetzt sind und daß deren Stabenden (20a, 21a) auf der anderen Seite des Blechpaketes (11) ebenfalls mit den übrigen Stabenden (14a) verschränkt und jeweils mit einem der Enden (14a) der Wicklungsstäbe (14) galvanisch verbunden sind.

2. Ständer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußenden (21b) der Stabwicklung (13) auf der den galvanischen Stabverbindungen (18) abgewandten Stirnseite des Blechpaketes (11) herausgeführt sind.

3. Ständer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Nut (12) des Blechpaketes (11) zwei Leiter (17) der Stab­ wicklung (13) in einer inneren und zwei weitere Leiter (17) in einer äußeren Lage nebeneinander angeordnet sind.

4. Verfahren zur Herstellung eines Ständers einer elektrischen Maschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die haar­ nadelförmig vorgebogenen Wicklungsstäbe (14) zunächst zusammen mit haarnadelförmig vorgebogenen Zwischenverbindungsstäben (19) und/oder mit über eine Polteilung U-förmig vorgebogenen Umkehrverbindungs­ stäben (20) an ihren Köpfen (14b, 19b, 20b) in einer Montagevorrich­ tung (24) aufgenommen und anschließend deren Vorderabschnitte um eine halbe Polteilung (T/2) des Ständers (10) verschränkt werden, daß alle Stäbe (14, 19, 20, 21) danach von einer Stirnseite des Ständers (10) her in die entsprechenden Nuten (12) des Blechpaketes (11) eingesteckt und anschließend deren freie Enden (14a, 19a, 20a, 21a) an der anderen Stirnseite des Blechpaketes (11) von der Montagevorrichtung (24) erneut um jeweils eine halbe Polteilung (T/2) verschränkt werden und daß schließlich alle paarweise über­ einanderliegenden, entgegengesetzt verschränkten Stabenden (14a, 19a, 20a, 21a) miteinander galvanisch verbunden werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umkehrverbindungsstäbe (20) auf eine Polteilung (T) U-förmig vor­ gebogen und an ihrem Kopf (20b) derart in der Montagevorrichtung (24) aufgenommen werden, daß ihre beiden Schenkel (20c) jeweils in die gleiche Richtung verschränkt und dann in die äußere Lage zweier um eine Polteilung (T) versetzten Nuten (12) eingesteckt werden, wogegen alle übrigen haarnadelförmig vorgebogenen Wicklungsstäbe (14) mit ihren Schenkeln (14c) entgegengesetzt verschränkt zum einen in die innere Lage und zum anderen in die äußere Lage der jeweiligen Nut (12) eingesteckt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenverbindungsstäbe (19) auf eine halbe Nutbreite seitlich gekröpft U-förmig vorgebogen und die Vorderabschnitte ihrer beiden Schenkel (19c) entgegengesetzt verschränkt werden, so daß sie mit einem Schenkel in die äußere Lage der einen Nut (12) sowie mit dem anderen Schenkel in die innere Lage einer zweiten, um eine Pol­ teilung (T) versetzten Nut (12) eingesetzt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußenden (21b) für jede Phase der Stabwicklung (13) als gerade Anschlußleiterstäbe (21) zusammen mit den Köpfen (14b, 19b, 20b) der übrigen vorgebogenen Wicklungsstäbe (14, 19, 20) derart in der Montagevorrichtung (24) aufgenommen werden, daß sie nach dem Ver­ schränken und Einstecken in die Nuten (12) des Blechpakets (11) über die Wicklungsköpfe der Stabwicklung (13) hinaus frei vorstehen.