DE60107381T2

DE60107381T2 - Numerisch gesteuerte automatische wickelmaschine für das wickeln einer elektrischen leitung auf statoren mit geschlossenen nuten

Info

Publication number: DE60107381T2
Application number: DE60107381T
Authority: DE
Inventors: Daniele Bertocchi; Roberto Gallerani
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-01-05
Filing date: 2001-01-03
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2021-01-04
Also published as: ATE283568T1; IT1315584B1; AU3049401A; ITMO20000001A1; EP1245072A1; WO2001050580A1; DE60107381D1; EP1245072B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System, welches dazu geeignet ist, die vollständige Wicklung von Spulen direkt auf Statoren mit geschlossenen Nuten (nach innen gerichtete Polschuhe) durchzuführen.
Der Begriff „Stator mit geschlosssener Nut" wird hierin für einen Stator benutzt, in welche die Nuten, in denen die die Spulen darstellenden Wicklungen angeordnet sind, intern abgelegt werden anstatt an der äußeren Peripherie (siehe 1, welche ein Statorkernlaminat für einen „Stator mit geschlossener Nut" illustriert, wobei Nummer 19 die die Wicklungen beinhaltenden Nuten bezeichnet).
Verschiedene Typen von Wicklungsmaschinen (Spulenwickler) sind im Stand der Technik weithin bekannt, welche dazu geeignet sind, elektrisch leitende Leitungen um einen ferromagnetischen Kern in einem „Stator mit offenen Nuten" zu wickeln. Eine Wicklungsmaschine, welche dazu geeignet ist, den Wicklungsvorgang auf „Statoren mit geschlossenen Nuten" automatisch und mechanisch auszuführen, ist in EP-A-0 889 491 offenbart.
EP-A-0 889 491 offenbart (in den 6 und 7) eine Wickelmaschine, welche eine Antriebseinheit zur Bewegung einer Leitungszuführnadel entland drei orthogonalen Richtungen (X, Y, Z) einschließt. Die Nadel hat eine zylindrische Form und kann aus einer vertikalen in eine horizontale Position durch die Benutzung eines Kurbelantriebs und einer Kurbel gedreht werden. Wenn die Nadel sich in der vertikalen Position befindet, wird die Leitung um eine Klemme T des Stators gewickelt. Die Klemme T wird dazu benutzt, die Leitung zu fixieren, um in der Lage zu sein, den Wicklungsvorgang zu starten. Die Nadel ist nicht dazu geeignet, eine „Trainingsbewegung" um die vertikale Achse durchzuführen. Weiterhin gibt es keine Führungsvorrichtungen an dem Stator, um die Leitung von einem Pol zu dem nächsten zu führen. Eine Reibung ausnützende Leitungsspannvorrichtung ist nicht offenbart.
Auf der anderen Seite benötigt die manuelle Wicklung der Leitung im Falle von geschlossenen Nuten, abgesehen davon dass es anstrengend ist und ausgebildete Mitarbeiter erfordert, auch viel Zeit (und ist daher teuer), und führt zu Wicklungen, die sich überlappen und kreuzen, d. h. in solch einer Weise zufällig angeordnet sind, dass für dieselbe Zahl von Wicklungen die Länge der Leitung – ausgedrückt in Metern – und somit deren elektrischer Widerstand nicht für alle Spulen derselbe ist; wobei der letztere Umstand zu Anormalitäten beim Betrieb führt, insbesondere in Anwendungen, die analoge Motoren betreffen.
Zudem hängt der Wirkungsgrad eines elektrischen Motors von verschiedenen Faktoren ab, wie der Länge des elektrischen Leiters (der elektrischen Leitung) für einen konstanten Wert des von den Spulenwicklungen eingenommenen Volumens.
Ein der vorliegenden Erfindung zugrunde liegendes Problem ist es, den Benutzern eine Maschine zur Verfügung zu stellen, welche eine automatische Durchführung der vollständigen Wicklung auf Statoren mit geschlossenen Nuten erlaubt, ohne dass die Durchgängigkeit der leitenden Leitung unterbrochen werden muss.
Ein weiteres der vorliegenden Erfindung zugrunde liegendes Problem ist es, die Wicklung in solch einer Weise durchzufüh ren, dass die Windungen regelmäßig angeordnet sind, wobei jede Wicklung benachbart zu der anderen ist und die Schichten sich regelmäßig (gleichmäßig) überlappen (in Quincunxanordnung; versetzt), um innerhalb eines gegebenen Raumes eine maximale Anzahl von Wicklungen und somit die maximale Länge der elektrisch leitenden Leitung vorzusehen.
Noch ein weiteres der Erfindung zugrunde liegendes Problem ist es, sicherzustellen, dass die Spulen alle identisch sind, im Hinblick auf beides, die Zahl der Wicklungen und die Länge der leitenden Leitung und in Bezug auf den Wert des elektrisches Widerstandes.
Ein weiteres, nicht weniger wichtiges der vorliegenden Erfindung zugrunde liegendes Problem ist es, einen perfekten Wicklungsvorgang zu erhalten, welcher bei geringen Kosten wiederholt und immer in derselben Weise durchgeführt werden kann und welcher einfach und schnell ist und keine speziell ausgebildeten Mitarbeiter erfordert.
Die vorliegende Erfindung löst die obigen Probleme mit einem System, welches dazu geeignet ist, elektrisch leitende Leitungen (8) gleichförmig direkt auf Statoren (14) mit geschlossenen Nuten zu wickeln, wobei der Stator (14) aufweist einen Statorblock, welcher aus ferromagnetischen Kernlaminaten mit einer speziellen Kontur gebildet ist, spezielle Kopfabschnitte (12, 13), welche den Stator (14) vervollständigen und ein Wickeln mit regelmäßig in benachbarten Positionen angeordneten Windungen ermöglichen, und überlappende Schichten, die, ohne Kreuzungen, in einer versetzten Weise angeordnet sind, wobei die Kopfabschnitte (12, 13) eine ringförmige Gestalt und Einhakmittel (23) aufweisen; das System weist eine digital gesteuerte Aufwickelmaschine auf, welche eine Spezialnadel (5) aufweist, die dazu geeignet ist, die elektrisch leitende Leitung (8), die für die Verwirklichung der Wicklung verwendet wird, zuzuführen und zu verteilen; eine Vielzahl von elektronisch gesteuerten Einheiten (A-B-C-Y-E-X-Z-H); eine von der ersten (A) dieser Einheiten gesteuerte mechanische Vorrichtung, welche die Nadel (5) entsprechend einer vertikalen Hin- und Herbewegung (F4) bewegt, welche mit einer horizontalen Oszillations- oder „Trainings-" Bewegung (F5) kombiniert ist; eine von der zweiten (B) der genannten Einheiten gesteuerte mechanische Einrichtung, welche den Stator (14) entsprechend einer geradlinigen Hin- und Herbewegung bewegt, um den Durchgang der Nadel (5) zwischen den Polen (20) zu zentrieren; eine von der dritten (C) der genannten Einheiten gesteuerte mechanische Einrichtung, welche mit der zweiten Einheit B synchronisiert ist, um die Oszillations- oder Trainingsamplitude der Nadel (5) zu erhöhen oder zu verringern; eine von einer vierten Einheit Y gesteuerte mechanische Einrichtung zur horizontalen Versetzung des Stators entlang der Achse Y, um die Begradigung (17) der Windungen durchzuführen; eine von einer fünften Einheit E gesteuerte mechanische Einrichtung, welche den Stator (14) rotiert, um von dem Polschuh, auf welchem der Aufwickelvorgang beendet worden ist, zum nächsten Polschuh zu wechseln, auf welchem das Aufwickeln ohne Unterbrechung der Leitungskontinuität fortgesetzt wird; eine von einer sechsten Einheit X gesteuerte mechanische Einrichtung, welche die longitudenale Versetzung in X-Richtung eines die Nadel stützenden Kopfes bewerkstelligt; eine von einer siebten Einheit Z gesteuerte mechanische Einrichtung, welche die vertikale Versetzung in Z-Richtung des die Nadel stützenden Kopfes realisiert; eine von einer achten Einheit H gesteuerte mechanische Einrichtung, welche eine Gabel (42) betreibt, die auf die Leitung (8) während deren Durchgang von der Außenseite zu der Innenseite der Stator-Nuten (19), und umgekehrt, einwirkt und wel che dazu geeignet ist, die leitende Leitung (8) zwischen die Einhakmittel (23) einzuführen, entlang des Weges, welcher von dem einen zu umwickelnden Polschuh zu dem nächsten Polschuh führt; eine Spannungseinrichtung (7; 48, 49, 50) der elektrisch leitenden Leitung (8); eine Betriebsplatte (34), die für jeden Stator, der zur selben Zeit gewickelt werden soll, mit einem mit einem Index versehenen Laderost (35) beladen wird; eine Verriegelungseinrichtung (58), welche die Ver-/Entriegelung einer Vielzahl von Stator-Laderosten (35) auf entsprechenden Dornen (3) erlaubt; eine automatische Leitungsverankerungseinrichtung zum Verankern der Leitung (8) am Anfang und am Ende eines Wicklungsvorgangs; eine automatische Leitungsschneideeinrichtung zum automatischen Abschneiden der Leitung (8) am Ende des Wicklungsvorgangs; eine automatische Be-/Entladeeinrichtung, welche mehrere Stationen umfasst, für die genannte Betriebsplatte (34), welche die besagten Laderoste (35) aufnimmt; elektromechanische Mittel, welche für die von den verschiedenen sich bewegenden Teilen ausgeführten Funktionen geeignet sind; elektronische Mittel, welche für die Programmierung der verschiedenen Einheiten geeignet sind; eine mit Druck arbeitende Abschmieranlage; und Sicherheitsmittel zum Schutz vor Unfällen.
Weitere Vorteile der Erfindung werden anhand der Beschreibung eines bevorzugten aber nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels des Wicklungssystems deutlich werden, welches zu erläuternden aber nicht einschränkenden Zwecken in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist, wobei:
1 in einer Aufsicht eines der verschiedenen ferromagnetischen Statorkernlaminate nach der Art der „geschlossenen Nut" zeigt, welche den Laminarblock des Stators ausbilden, auf welchem der Wicklungsvorgang auszuführen ist;
2 ist eine perspektivische Ansicht des gesamten, die Wicklungsmaschine der vorliegenden Erfindung bildenden Aufbaus;
3 zeigt im Detail die für das Spannen der leitenden Leitung benutzte Vorrichtung;
4 ist eine Vorderansicht der Wicklungsmaschine;
5 ist eine Aufsicht auf die Wicklungsmaschine;
6 ist eine Seitenansicht der Wicklungsmaschine;
7 zeigt schematisch die Bewegungen der die leitende Leitung zuführenden Nadeln;
8 zeigt in einer perspektivischen Ansicht den oberen Kopfabschnitt des Stators, welcher einen Teil des Wicklungssystems bildet;
9 zeigt in einer perspektivischen Ansicht den unteren Kopfabschnitt, welcher den Stator vervollständigt;
10 zeigt in einer perspektivischen Ansicht den Aufbau, einschließlich des Stators, des oberen Kopfabschnitts und des unteren Kopfabschnitts, welche alle Teile des Wicklungssystems bilden;
11 zeigt in perspektivischer Ansicht einen Teilschnitt des in 10 gezeigten, aus dem Stator und seinen Kopfabschnitten gebildeten Aufbaus;
12 zeigt schematisch, wie ein vollständiges Wickeln des Stators drei Gruppen von Spulen einschließt, welche im Winkel von 120° gegeneinander versetzt sind;
Die 13, 14 bzw. 15 illustrieren den Weg, den die elektrisch leitende Leitung während des Aufbaus der ersten, zweiten und dritten Gruppierung von Gruppen von regulären (d. h. gleichmäßigen) Wicklungen nimmt, wobei, wie schematisch in 12 gezeigt, die gesamte Wicklung ausgebildet wird, die auf dem Stator vorgesehen ist;
16 ist eine Aufsicht auf den oberen Kopfabschnitt, welcher in einer perspektivischen Ansicht in 8 gezeigt ist, und illustriert das Erscheinungsbild der Schichtung der leitenden Leitungen in den verschiedenen Spulen, welche die komplette Wicklung ausbilden;
17 ist ein Querschnitt entlang der Ebene A-A aus 16;
Die 18 bis 23 illustrieren entsprechend ihrer unterschiedlichen Ansichten und/oder Schnittdarstellungen die für die Zuführung der elektrisch leitenden Leitung oder des Kabels benutzte Nadel; und noch genauer:
18 ist eine Endansicht der Nadel in der durch den Pfeil F3 angedeuteten Richtung;
19 ist ein Querschnitt entlang der Linie C-C aus 20;
20 ist ein Querschnitt entlang der Linie B-B aus den 18 und 19;
21 und 22 sind vergrößerte Ansichten der 19 bzw. 18;
23 zeigt gemäß zwei orthogonalen Darstellungen – eine davon eine Querschnittsansicht – den Aufbau der Nadel an dem Ende, an welchem die leitende Leitung aus der Nadel kommt;
24 zeigt im Querschnitt den inneren Aufbau der Nadel und wie sie in den die Nadel aufnehmenden Dorn eingefügt ist;
25 zeigt schematisch, welche Bewegungen die Gabel ausführen kann, wobei die genannte Gabel dazu geeignet ist, die elektrisch leitende Leitung während deren Durchgang von der Innenseite zu der Außenseite der Statornuten und umgekehrt zu führen;
26 und 26/bis zeigen zwei mögliche Positionen der Nadel für die Zuführung der leitenden Leitung innerhalb des Stators;
27 bis 28 illustrieren anhand zwei orthogonaler Ansichten eine mechanische Hand und den zugehörigen Drehtisch, welche optional angesteuert werden können, um automatisch die die Laderoste aufnehmenden Betriebsplatten zu ersetzen, welche im dargestellten Ausführungsbeispiel zum Halten von vier Statoren dienen;
29 illustriert im Detail die Laderoste und die Betriebsplatte für die Laderoste;
30 zeigt schematisch den mechanischen Aufbau, der dazu verwendet wird, eine geradlinige, oszillierende Bewegung auf den Stator zu übertragen und die Amplitude der Nadeloszillation oder der „Trainigungsbewegung" zu vergrößern oder zu verkleinern;
Die 31, 32 und 33 zeigen schematisch eine alternative Lösung, gemäß welcher die orthogonalen Verschiebungen, welche normalerweise von dem Statoraufnahmebehälter mit Hilfe der Achsen X–Y durchgeführt werden, nun durch die Verschiebung der Nadel selbst erhalten werden;
34 zeigt im Detail und im Querschnitt die modularen Elemente, welche dazu verwendet werden, die elektrisch leitende Leitung in einem gespannten Zustand zu erhalten;
35 ist eine Endansicht in Richtung des Pfeiles F6 der Spannungsvorrichtung aus 34 und zeigt, wie die Spannelemente entsprechend verschiedenen Neigungen angeordnet sind.
In den verschiedenen Figuren bezeichnen dieselben alphanumerischen Bezugszeichnen dieselben Elemente oder Teile.
Das Wicklungssystem, welches den Stator und die Maschine einschließt, welche in den verschiedenen beigefügten Zeichnungen gezeigt sind, ist ein System, welches gleichzeitig den Wicklungsvorgang von vier Statoren durchführt.
In einigen Figuren wurden zweckmäßigerweise einige Details ausgelassen, um die zu betonenden Eigenschaften deutlich widerzugeben, dies wurde getan, um die Beschreibung klarer und präziser zu machen; zudem beinhalten die beigefügten Zeichnungen weder konventionelle Baugruppen noch mechanische Aufbauten, welche einem Fachmann bekannt und/oder augenscheinlich sind.
Die Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung ist durch die folgenden Grundkomponenten charakterisiert.

a) Eine Struktur oder Maschinenbasis 1 (6), welche entsprechend den gewünschten Konfigurationen und Positionen die einzelnen Bauteile aufnimmt und gruppiert oder sie miteinander verbindet;
b) Ein horizontal entlang Führungen in den durch den Doppelpfeil F1 (6) angezeigten Richtungen bewegbarer Träger 2 (diese Bewegung wird von der Achse Y angesteuert), wobei der genannte Träger die Dorne 3 aufnimmt, welche motorangetrieben sind und von den Achsen B und E angesteuert werden; die Laderoste, die die zu „wickelnden" Statoren aufnehmen, sind auf diesen Dornen befestigt;
c) Ein vertikal entlang Führungen in den von dem Doppelpfeil F2 angedeuteten Richtungen bewegbarer Träger 4 (6) (diese Bewegung wird über die Achse Z angesteuert), wobei der Träger 4 aufnimmt:
– einen Nadelaufnahmekopf, welcher in Längsrichtung entlang Führungen bewegbar ist und dessen Bewegung von der Achse X angesteuert wird;
– die Nadeln 5, welche die elektrisch leitenden Leitungen zuführen und deren Bewegungen von den Achsen A und C gesteuert werden;
– die Gabeln 6, welche auf die leitende Leitung einwirken können, indem sie sie während der Wicklungsschritte und während der Verschiebung von einem Pol zum nächsten führen, wobei die genannten Gabeln von der Achse H gesteuert werden;
d) Eine Vorrichtung 7 (2, 3, 34, 35) zum Spannen der elektrisch leitenden Leitung;
e) Eine Betriebsplatte 34 (29), welche die angeführten Laderoste, welche benutzt werden um die gleichzeitig zu wickelnden Statoren 14 aufzunehmen, trägt;
f) Eine Einrichtung, welche es erlaubt, die die Statoren 14 aufnehmenden Laderoste 35 auf den zugehörigen Dornen 3 (6 und 29) zu arretieren;
g) Eine (optionale) Vorrichtung, welche neben jedem Laderost 35 angeordnet ist und dafür verwendet wird, darauf automatisch die genannte elektrisch leitende Leitung zu verankern;
h) Eine (optionale) Vorrichtung zum automatischen Schneiden der leitenden Leitung, welche neben jedem Laderost angeordnet ist;
i) Eine automatische mechanische Hand 37 (27 und 28) oder ein Roboter (optional), welche mehrere Stationen einschließt und dazu geeignet ist, die genannte Betriebsplatte, welche die Statoren und Laderoste trägt, auszuwechseln;
l) Ein Gehäuse, welches alle erforderlichen elektrischen, elektronischen und pneumatischen Gerätschaften enthält, welche entsprechend den bekannten Konfigurationen realisiert sind;
m) Eine Konsole für Steuerungszwecke;
n) Die relevante Programmiersoftware;
o) Alle erforderlichen Schaltungen, welche dazu geeignet sind, die erforderlichen Funktionen zur Verfügung zu stellen, und entsprechend den bekannten Konfigurationen realisiert sind;
p) Die erforderlichen Schmierkreise, welche entsprechend den bekannten Konfigurationen realisiert sind;
q) Sicherheitsvorkehrungen gegen Unfälle, welche entsprechend dem in dem Land, in welchem die Wicklungsmaschine eingesetzt wird, existierenden Gesetz realisiert ist;

Die Nadel 5 (6), welche die elektrisch leitende Leitung 8 zuführt, ist im Detail in den 18 bis 25 gezeigt und ist dadurch charakterisiert, dass sie eine zentrale Öffnung 43 (20, 21), deren Durchmesser entsprechend dem Durchmesser der verwendeten Leitung gewählt ist, hat, und die genannte Öffnung sowohl am Eingang wie am Ausgang in alle Richtungen weit gerundet ist entsprechend Radien, welche auf den Leitungsdurchmesser bezogen sind. Die 23 und 24 zeigen, wie die Nadel 5 in den Nadelträgerstab 9 eingeführt werden kann; die Pfeile F9 und F10 (23) deuten die Richtungen an, entlang welchen die elektrisch leitende Leitung gleiten kann. In 7 deuten die verschiedenen Pfeile die der Nadel 5 gewährten Bewegungen an:

– Pfeil F4 = Vertikal oszillierende Bewegung;
– Pfeil F5 = „Trainingsbewegung"; es ist zu bemerken, dass die für diese Bewegungen erforderlichen mechanischen Aufbauten weder gezeigt noch beschrieben sind, da diese lediglich gewöhnliche Fähigkeiten und allgemeines Wissen erfordern.

Zudem sind in den 24 und 25 andere Details gezeigt.
Zum Beispiel ist an dem unteren Ende des die Nadel 5 tragenden Stabes 9 eine elastisch vorgespannte Aufnahmevorrichtung 44 gemäß bekannten Konfigurationen vorgesehen, wie diese, die in der Textilindustrie Verwendung finden und deren Funktion es ist, den während des Wicklungsvorganges variierenden Leitungslängenbedarf zu kompensieren; zudem besteht ein Bedarf, Führungsbuchsen 45 für die Leitung vorzusehen, welche innerhalb des Stabes 9 angeordnet sind.
Alle genannten mechanischen Bauteile können in jeder bekannten Weise realisiert sein, sind im Bezug aufeinander synchronisiert und dazu geeignet, jede Komponente der Maschine entsprechend elektronischen Programmen zu bewegen, welche durch individuell angepasste Software gegeben sind. Im Einzelnen umfasst die Maschine verschiedene Teile, welche nun ausführlicher beschrieben werden.
Die ferromagnetischen Kernlaminate (1), welche den zu „wickelnden" Stator 14 (10) bilden, haben Pole 20 mit inneren Enden, welche mit Ausnehmungen oder Sitzflächen 10 versehen sind; Die Zähne 11 der Kopfabschnitte 12 (8 oben) und 13 (9 unten) sind in die genannten Ausnehmungen 10 eingeführt, um den Aufbau des Stators 14 zu vervollständigen, während welchem die genannten Kopfabschnitte in die beiden Enden des Stators 14 wie in 10 gezeigt eingeführt werden; der Zweck besteht darin, eine stabile Ausrichtung der Kopfabschnitte 12 und 13 in Bezug auf die Polschuhe des Stators 14 zu erhalten.
Die genannten Kopfabschnitte 12 und 13 sind aus thermoplastischem Material gegossen (oder in jedem Fall aus einem nicht ferromagnetischen Material) und haben die Funktion, den Wicklungsvorgang zu erleichtern und zu ermöglichen.
Der obere Kopfabschnitt 12 (8, 16 und 17) ist, abgesehen davon, dass seine Referenzzähne 11 am unteren Teil des inneren Endes der zugehörigen Arme 15 angeordnet sind, entsprechend der Konfiguration der Polschuhe des Stators geformt, und ist ferner durch die folgenden Eigenschaften charakterisiert:

a) Die Länge „l" der inneren Kontur der Arme 15 (16) ist ein Vielfaches des Durchmessers der leitenden Leitung, welche in gleichmäßiger Art zu wickeln ist;
b) Die innere Kontur 16 der Armenden 15 ist derart geformt, dass es möglich sein wird, eine gerade Anzahl von Wicklungen für jede Schicht, die die unteren Schichten überlappt, zu enthalten, wobei die Tatsache berücksichtigt wird, dass die Wicklungen jeder in einer Spule 17 vorkommenden Schicht in einer geordneten, eng gepackten Weise, die den vorhandenen Raum optimiert, angeordnet sind, wie dies in den 16 und 17 gezeigt ist (der italienische und französische Ausdruck für diese Anordnung ist „quinconce", der englische Ausdruck ist „quincunx", was versetzt oder „zick-zack" bedeutet;
c) Eine Vielzahl hervorstehender Rippen 18 ist umfänglich angeordnet und zentriert und in die Enden des Kernlaminatblocks 14 (8) eingeführt, wobei sie mit dem äußeren Durchmesser „De" der Nuten 19 in Kontakt kommen, welche die Polschuhe 20 voneinander trennen (1).
d) Er hat eine ringförmige Struktur, wobei der äußere Part kreisförmig und der innere Part polygonförmig ist, die Zahl der Seiten 21 mit der Zahl der Polschuhe des zu wickelnden Stators (16) übereinstimmt.
e) Er hat so viele Arme 15 wie der polygonförmige Teil Seiten.
f) Er hat eine Kerbe 22 (8 und 16), welche auf jeder Seite des Vielecks in Nachbarschaft zur Einführungsseite der Arme 15 realisiert ist.
g) Eine Vielzahl von Rippen 23 (8 und 16) ragt von der bezogen auf die Ausrichtung oder die passenden Rippen 18 gegenüberliegenden Seite hervor, wobei die Zahl, Positionen und Abmessungen der ersten Rippen derart gewählt sind (siehe 13), dass möglich ist: Das Einhaken der leitenden Leitung in der Startposition 25 der Wicklung, das Wickeln der ersten Spule 26 auf den Polschuh 27, die Weiterführung der Leitung 8 bis zur Polarität 28, das Wickeln der Leitung zur Bildung der Spule 29, die Weiterführung der Leitung 8 bis zur Polarität 30 für die Formung der Spule 31, der Austritt der Leitung bei 32 und das Einhaken der leitenden Leitung 8 an einer geeigneten Rippe (nicht dargestellt); danach tritt die Leitung wieder bei 33 (14) ein und derselbe Vorgang wird wiederholt, um die zweite Gruppe gleichmäßiger und regelmäßig gewickelter Spulen zu wickeln, und letztlich wird derselbe Vorgang für die dritte Gruppe von Spulen wiederholt (15).

Am Ende dieses Vorgangs ergibt sich die in 12 gezeigte Struktur.
Tatsächlich wird die elektrisch leitende Leitung nicht direkt auf die metallischen Polschuhe des Stators 14 gewickelt, sondern auf die Seiten (Apizes) 38, 39 (11) der Arme 15 des oberen Kopfabschnittes 12 bzw. des unteren Kopfabschnittes 13, welche an den Enden des Statorkörpers 14 eingefügt sind.
Der Aufbau der genannten Kopfabschnitte, wie in den 16 und 17 gezeigt, erlaubt es, gleichförmige Schichten von Spulenwindungen auszubilden, wie dies in 17 illustriert ist.
Der untere Kopfabschnitt 13 (9) ist auch dadurch charakterisiert, dass er eine Vielzahl von Zähnen 11, Rippen 18 und Armen 15 hat, deren Größe und Gestalt identisch zu denen des oberen Kopfabschnitts 12 ist.
Der Aufbau der Vorrichtung 7 (3) zum Spannen der elektrisch leitenden Leitung 8 ist in den 34 und 35 gezeigt, wobei 46 die Einlassöffnung oder den Durchgang der leitenden Leitung und 47 die Führung des Leitungsauslasses bezeichnet, wogegen die Zahl 48 eine Vielzahl von Spanneinheiten bezeichnet, welche alle durch eine kleine Scheibe 49 gekennzeichnet sind, welche fest oder rotierbar um einen zentralen Bolzen gelagert sein kann, wobei die genannte kleine Scheibe so montiert ist, dass sie in radialer Richtung in Kontakt mit der leitenden Leitung 8 ist; zudem weist jede Spanneinheit eine kleine, feste oder rotierbare Scheibe 50 auf, welche dazu veranlasst werden kann, sich der leitenden Leitung 8 zu nähern, und welche, durch die Verwendung einer mechanischen oder pneumatischen Feder, deren Anpresskraft einstellbar ist, verwendet werden kann, um die leitende Leitung mit einer Reibungskraft zu belegen, wenn diese zwischen den genannten bei den Scheiben 49 und 50 hindurchgleitet. Die Vorrichtungen 48, welche als separate Module aufgebaut sind, sind nicht ausgerichtet, sondern haben, wie in 35 gezeigt, verschiedene Neigungen, um zu verhindern, dass die leitende Leitung 8 bei jeder Spannvorrichtung immer an derselben Oberfläche einer Reibungskraft unterliegt mit dem Risiko des Abscheuerns der Isolierschicht von der Leitung 8. Die Schließkraft, mit welcher die Scheiben 49, 50 die Leitung 8 zurückhalten wird, neben der Tatsache dass sie einstellbar ist, sehr klein sein und ist entsprechend dem Durchmesser der Leitung 8 eingestellt.
Der Betrieb der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben werden. Der Bediener montiert jeweils entsprechende Kopfabschnitte 12, 13 auf vier Statoren 14; dann bereitet er, außerhalb der Maschine, die Betriebsplatte 34 (29) vor, indem er darauf vier gekennzeichnete, statorenaufnehmende Laderoste 35 mit vier entsprechenden Statoren 14 vorsieht; danach legt er die Platte 34 auf die Maschine, wobei er geeignete Referenzbolzen 40 zur Bestimmung der korrekten Position der Platte verwendet. Die in der „Nullposition" angeordneten Achsen B-E-Y erlauben die gleichzeitige Einführung der vier Laderoste 35 auf die entsprechenden Dorne 3, welche mit einer Verriegelungsringnut 58 versehen sind.
Daraufhin betätigt der Bediener den Startknopf, womit:

– vier pneumatische Verschlüsse 41, durch anfängliches Verhindern der Rotation der für die Verriegelung der Statoren eingesetzten Ringnuten 58, das automatische „Einhaken" der Laderoste, auf welchen die Statoren montiert worden sind, erlauben mittels der Dornen 3, welche in Rotation versetzt werden;
– die vier den Nadeln 5 zugeordneten Führungsgabeln 42 (25) sich nach unten auf einen Position rittlings der leitenden Leitung 8 bewegen und somit bereit für die erste Verbindung (13) sind;
– die Leitung 8 durch ein Zusammenwirken der Achsen A-Y-E-X-Z-H in den Zuführungsverbinder 25 eingeführt wird, geführt wird und in die Nut 22 eingeführt wird, auf dem oberen Kopfabschnitt 12 gehalten wird, und für die Wicklung der ersten Spule 26 vorbereitet ist;
– die leitungsführenden Gabeln 42 sich weg von der Leitung nach oben bewegen und die Maschine automatisch den Wicklungsvorgang realisiert, wobei gemäß einem vorherbestimmten Ablauf eine geschichtete Wicklung 26 ausgebildet wird;
– die Leitungsführungsgabeln 42 sich wieder nach unten bewegen und durch eine kombinierte Bewegung der Achsen A-Y-E-X-Z-H die leitende Leitung führen und sie bis hoch zu dem zweiten Pol 28 in geeignete Sitzflächen einführen;
– die Gabeln 42 sich ein zweites Mal aufwärts bewegen;
– die geschichtete Spule 29 ausgebildet ist;
– die Schritte wiederholt werden bis die dritte Spule 31 gewickelt ist und dies die erste Gruppe von Spulen vervollständigt;
– die Gleitungsführungsgabeln 42 sich wieder nach unten bewegen, dabei die leitende Leitung 8 aufnehmen und durch eine geeignete Bewegung der Achsen A-Y-E-X-Z-H sie die leitende Leitung führen und einhaken in den geeigneten Sitzflächen, die auf dem oberen Kopfabschnitt 12 ausgebildet sind, sie haken es innerhalb des Ausgangssteckers 32 ein und nachdem sie die leitende Leitung entlang eines sogenannten „Wartungsweges" gelegt haben, bereiten sie sie für die zweite Verbindung 33 (14) vor;
– die Wicklung der zweiten und dritten Gruppen von Spulen wird sodann wie vorher beschrieben durchgeführt;
– wenn die Wicklung vollständig ist, die Achsen B-E-Y in ihre „Nullposition" zurückkehren (Startposition);
– die Verschlüsse 42 wiederum die Ringnuten 58 verriegeln;
– die Achse E gegen den Uhrzeigersinn um ein Drittel einer gesamten Umdrehung rotiert, dabei die den Stator aufnehmenden Laderoste entriegelt und in der „Nullstellung" zur Ruhe kommt;
– der Bediener die mit jedem Stator zusammenhängenden leitenden Leitungen in der Nähe des Stators kappt und die Leitungsanteile, die aus den Nadeln hervorragen, auf einem geeigneten Hilfsstift oder Block aufwickelt;
– der Bediener die Betriebsplatte, welche die bereits gewickelten Statoren und die entsprechenden Laderoste enthält, entnimmt;
– und er vier neue zu wickelnde Statoren auf eine neue Betriebsplatte legt und hiermit einen neuen Zyklus startet.

Wie oben bereits erwähnt, kann die Maschine ausgestattet sein mit:

– einer Vorrichtung zum automatischen Schneiden und Einhaken der leitenden Leitung;
– einer Vorrichtung – aufweisend mehrere Stationen – für das automatische Be-/Entladen der Betriebsplatten 34 und ihrer zugehörigen Laderoste und Statoren.

Die offenbarte Erfindung kann in verschiedenen Weisen modifiziert werden, welche alle von demselben Erfindungskonzept abgedeckt werden; zudem können alle Details durch andere ersetzt werden, welche technisch äquivalent sind.

Claims

Eine Vorrichtung, welche dazu geeignet ist, elektrisch leitende Leitungen (8) gleichmäßig direkt auf Statoren (14) mit geschlossenen Nuten zu wickeln, wobei der Stator (14) aufweist einen Statorblock, welcher aus ferromagnetischen Kernlaminaten mit einer speziellen Kontur gebildet ist, spezielle Kopfabschnitte (12, 13), welche den Stator (14) vervollständigen und ein Wickeln mit regelmäßig in benachbarten Positionen angeordneten Windungen ermöglichen, und überlappende Schichten, die, ohne Kreuzungen, in einer versetzten Weise angeordnet sind, wobei die Kopfabschnitte eine ringförmige Gestalt und Einhakmittel (23) aufweisen; das System weist eine digital gesteuerte Aufwickelmaschine auf, welche eine Spezialnadel (5) aufweist, die dazu geeignet ist, die elektrisch leitende Leitung (8), die für die Verwirklichung der Wicklung verwendet wird, zuzuführen und zu verteilen; eine Vielzahl von elektronisch gesteuerten Einheiten (A-B-C-Y-E-X-Z-H); eine von der ersten (A) dieser Einheiten gesteuerte mechanische Vorrichtung, welche die Nadel (5) entsprechend einer vertikalen Hin- und Herbewegung (F4) bewegt, welche mit einer horizontalen Oszillations- oder „Trainings-" Bewegung (F5) kombiniert ist; eine von der zweiten (B) der genannten Einheiten gesteuerte mechanische Einrichtung, welche den Stator (14) entsprechend einer geradlinigen Hin- und Herbewegung bewegt, um den Durchgang der Nadel (5) zwischen den Polen (20) zu zentrieren; eine von der dritten (C) der genannten Einheiten gesteuerte mechanische Einrichtung, welche mit der zweiten Einheit B synchronisiert ist, um die Oszillations- oder Trainingsamplitude der Nadel (5) zu erhöhen oder zu verringern; eine von einer vierten Einheit Y gesteuerte mechanische Einrichtung zur horizontalen Versetzung des Stators entlang der Achse Y, um die Begradigung (17) der Windungen durchzuführen; eine von einer fünften Einheit E gesteuerte mechanische Einrichtung, welche den Stator (14) rotiert, um von dem Polschuh, auf welchem der Aufwickelvorgang beendet worden ist, zum nächsten Polschuh zu wechseln, auf welchem das Aufwickeln ohne Unterbrechung der Leitungskontinuität fortgesetzt wird; eine von einer sechsten Einheit X gesteuerte mechanische Einrichtung, welche die longitudenale Versetzung in X-Richtung eines die Nadel stützenden Kopfes bewerkstelligt; eine von einer siebten Einheit Z gesteuerte mechanische Einrichtung, welche die vertikale Versetzung in Z-Richtung des die Nadel stützenden Kopfes realisiert; eine von einer achten Einheit H gesteuerte mechanische Einrichtung, welche eine Gabel (42) betreibt, die auf die Leitung (8) während deren Durchgang von der Außenseite zu der Innenseite der Stator-Nuten (19), und umgekehrt, einwirkt und welche dazu geeignet ist, die leitende Leitung (8) zwischen die Einhakmittel (23) einzuführen, entlang des Weges, welcher von dem einen zu umwickelnden Polschuh zu dem nächsten Polschuh führt; eine Spannungseinrichtung (7; 48, 49, 50) der elektrisch leitenden Leitung (8); eine Betriebsplatte (34), die für jeden Stator, der zur selben Zeit gewickelt werden soll, mit einem mit einem Index versehenen Laderost (35) beladen wird; eine Verriegelungseinrichtung (58), welche die Ver-/Entriegelung einer Vielzahl von Stator-Laderosten (35) auf entsprechenden Dornen (3) erlaubt; eine automatische Leitungsverankerungseinrichtung zum Verankern der Leitung (8) am Anfang und am Ende eines Wicklungsvorgangs; eine automatische Leitungsschneideeinrichtung zum automatischen Abschneiden der Leitung (8) am Ende des Wicklungsvorgangs; eine automatische Be-/Entladeeinrichtung, welche mehrere Stationen umfasst, für die genannte Betriebsplatte (34), welche die besagten Laderoste (35) aufnimmt; elektromechanische Mittel, welche für die von den verschiedenen sich bewegenden Teilen ausgeführten Funktionen geeignet sind; elektronische Mittel, welche für die Programmierung der verschiedenen Einheiten geeignet sind; eine mit Druck arbeitende Abschmieranlage; und Sicherheitsmittel zum Schutz vor Unfällen.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die genannte Spezialnadel, welche zum Zuführen und Verteilen der genannten elektrisch leitenden Leitungen aufweist: eine Nadeldüse (5), welche entlang der horizontalen Achse angeordnet ist, welche die elektrisch leitende Leitung (8) verteilt; einen hohlen Stab (9) welcher die besagte Nadeldüse (5) aufnimmt und dessen Achse sich vertikal erstreckend angeordnet ist, eine Leitungsaufnahme (44) welche dazu geeignet ist, den variierenden Betrag der benötigten Leitungslänge pro Zeiteinheit während des Wicklungsschritts zu kompensieren und welche am unteren Ende des besagten hohlen Stabes (9) angeordnet ist; und Führungsbuchsen (45) für die Leitung (8), welche innerhalb des genannten hohlen Stabes 9 angebracht sind.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der die Nadeldüse (5) stützende Stab (9) mit zwei Bewegungen belegt ist, nämlich einer Hin- und Herbewegung in der vertikalen Richtung (F4) und einer rotierenden Hin- und Herbewegung oder Training (F5).
Eine Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, wobei die genannten vertikalen und rotierenden Hin- und Herbewegungen, mit welchen der hohle Stab (9) belegt ist, durch mechanische Konstruktionen erzielt werden.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die genannte Nadeldüse (5) die folgenden Merkmale aufweist: Sie hat solche Form und Größe, dass sie dazu geeignet ist, zwischen den Polen des Stators eingeführt zu werden und mit den Wicklungen versehen zu werden; Sie hat ein derartiges inneres Loch, dass: – ihr Durchmesser in allen Richtungen variabel ist; – sie hat eine Größe, welche auf die Größe der zu wickelnden Leitung angepasst ist; – sie ist am Leitungseingangsabschnitt entsprechend des Durchmessers der Leitung abgerundet; – sie ist am Leitungsausgangsabschnitt so stark wie möglich abgerundet.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die genannten ferromagnetischen Kernlaminate, welche den zu umwickelnden Stator bilden, am inneren Ende der Polschuhe mit Sätteln oder Ausnehmungen (10) versehen sind, so dass man diesbezüglich Zähne (11) erhält, die auf den Kopfabschnitten (12 und 13) gebildet sind, um die genannten Kopfabschnitte festzuhalten, wobei deren Ausrichtung bzgl. der Polschuhe des Stators erhalten bleibt.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei zwei der genannten Kopfabschnitte vorhanden sind, d. h. ein oberer (12) und ein unterer (13), welche dazu geeignet sind, an den entsprechenden beiden zu umwickelnden Enden des Stators (14) eingefügt und festgehalten zu werden, um Windungen ohne Kreuzungen zu erhalten.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der obere Kopf (12) charakterisiert ist durch: – eine Ringstruktur mit Abmessungen, die an die Größe des Stators angepasst sind, auf welchem er eingefügt werden wird; – das Merkmal dass die genannte Ringstruktur äußerlich ringförmig und innerlich polygonförmig ist und eine Seitenanzahl entsprechend der Zahl der Polschuhe des Stators aufweist; – innere Arme (15), deren Anzahl mit der Zahl der Polschuhe des Stators korrespondiert, die sich vom Zentrum jeder Polygonseite aus erstrecken und in Richtung des Zentrums hineinragen und in ihrer Größe und Form im Wesentlichen an die Größe und die Form der genannten Polschuhe angepasst sind; – eine Vielzahl von Zähnen (11), welche am unteren, inneren Ende der Seitenarme ausgebildet und angeordnet sind, wobei sie eine solche Größe und Form aufweisen, dass sie für eine Einführung in die Sättel (10), welche auf den ferromagnetischen Kernlaminaten, welche den Stator bilden, ausgeformt sind, geeignet sind; – eine Vielzahl von hervorstehenden Lamellen (18), welche entlang eines Umkreises auf derselben Seite, auf welcher die Zähne (11) ausgebildet sind, angeordnet sind, wobei die genannten Lamellen dazu geeignet sind, ausgerichtet zu werden und in ein Ende des Laminarblocks (14) eingeführt zu werden, welcher den zu umwickelnden Stator bildet, und mit wenig Spiel mit dem äußeren Durchmesser „De" der Nuten (19) in Kontakt zu kommen, welche die Polschuhe (20) voneinander trennen; – eine Kerbe (22), die auf jeder Seite des Polygons nahe dem Punkt, wo jeder Arm (15) eingefügt ist, ausgebildet ist und dazu geeignet ist, die elektrisch leitende Leitung aufzunehmen; – eine Vielzahl von Lamellen (23), die in Bezug auf die ausgerichteten Lamellen (18) von der entgegengesetzten Seite hervorstehen und deren Zahl, Größe und Anordnungsort dazu geeignet sind, das Einhaken der leitenden Leitung (8) in die Startposition (25) der Wicklung zu ermöglichen, und die Leitung in einer korrekten Position festzuhalten, während letztere entlang eines Zick-Zack-Pfades von einem Pol zum nächsten Pol jeder Spulen-Dreiergruppe versetzt wird.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 7 und Anspruch 8, wobei der untere Kopfabschnitt (13) sich vom oberen Kopfabschnitt (12) darin unterscheidet, dass er keine Lamellen (23) zum Einhaken der Leitung und keine Kerben (22) aufweist.
Eine Vorrichtung nach den Ansprüchen 7, 8, 9, wobei die Form, der Abstand und die Abmessungen der Sättel, in welchen die Spulenwindungen aufgenommen werden, derart sind, dass eine gerade Anzahl von Spulenwindungen in jeder Schicht enthalten sein kann, und jede Schicht mit anderen mit einer Quincunx-Anordnung der Windungen bzgl. der Schichten zueinander überlappt werden kann.
Eine Vorrichtung nach den Ansprüchen 7, 8, 9, wobei der obere und der untere Kopfabschnitt (12, 13) durch Verwendung eines nicht magnetischen Materials realisiert werden können, vorzugsweise eines elektrisch isolierenden Materials wie thermoplastischen oder duroplastischen Materialien.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Aufwicklungsvorgang nicht direkt auf dem ferromagnetischen Laminatblock, welcher einen konventionellen Stator bildet, ausgeführt wird, sondern direkt auf den Armen (15) der genannten oberen und unteren Kopfabschnitte (12, 13), nach deren Einfügung in den Laminatblock, wodurch ein Aufbau definiert wird, welcher den realen Stator bildet, auf welchem der Wicklungsvorgang durchgeführt wird.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die genannten gesteuerten Einheiten dazu geeignet sind, entsprechende mechanische Einrichtungen zu steuern, welche diejenigen zahlreichen Teile der Wicklungsmaschine betreiben und bewegen, die dazu geeignet sind, den Wicklungsvorgang automatisch in Übereinstimmung mit vorbestimmten Wicklungsprogrammen durchzuführen.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Software für die Programmierung der gesteuerten Einheiten dem Zweck der vorliegenden Wicklungsmaschine zugeordnet ist.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl mechanischer Einrichtungen dazu verwendet werden, diejenigen Einrichtungen zum Zuführen und Verteilen der elektrisch leitenden Leitung und zum Ausführungen des Wicklungsvorgangs zu motorisieren.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die genannte von der Einheit H gesteuerte mechanische Einrichtung eine vertikale Hin- und Herbewegung (F2) und eine rotierende Hin- und Herbewegung (F8) an eine entlang einer vertikalen Achse angeordnete Gabel (42) weitergibt.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die genannte Gabel (42) die elektrisch leitende Leitung (8) erfassen kann und in Verbindung mit anderen gesteuerten Einheiten dazu geeignet ist, die Leitung während deren Durchgang von der Außenseite zu der Innenseite der Stator-Nuten und umgekehrt und während deren Einhaken am Anfang und am Ende des Wicklungsvorgangs entlang eines Zick-Zack-Pfades zu führen.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die genannte Spannungseinrichtung der elektrisch leitenden Leitung modulare Elemente (48) aufweist, von welchen jedes zwei kleine einander zugewandte Scheiben (49, 50) umfasst, von welchen eine mit der genannten leitenden Leitung (8) ausgerichtet und mit dieser in Kontakt ist, und die andere axial beweglich und unter Verwendung einer mechanischen oder pneumatischen Feder vorgespannt ist, um auf die leitende Leitung während deren Durchgang zwischen den schmalen Scheiben mittels einer Reibungskraft einzuwirken.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die modularen Elemente (48) unter verschiedenen Neigungswinkeln eingebaut sind.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die genannte Betriebsplatte einen oder mehrere Stator-Laderoste trägt, manuell vom Bediener in seine Betriebsposition eingesetzt oder von dort entfernt werden kann oder automatisch von einer Lade/Entlade-Einrichtung gehandhabt werden kann.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Bewegungen der Einrichtung (41, 58), welche die Verriegelung und die Entriegelung des genannten Stator-Laderosts auf oder von den Dornen ermöglicht, mit den Bewegungen der elektronisch gesteuerten Einheiten synchronisiert sind.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Eingriff der automatischen Leitungsverankerungs- und -abschneideeinrichtungen, welche am Ende des Wicklungsvorgangs in Betrieb sind, mit den Bewegungen der elektronisch gesteuerten Einheiten synchronisiert ist.