DE102022127166A1

DE102022127166A1 - Verfahren zum Bewickeln einer Magneteinheit eines Rotors einer Elektromaschine sowie eine Spannanordnung

Info

Publication number: DE102022127166A1
Application number: DE102022127166.8A
Authority: DE
Inventors: Martin Gerngroß; Florian Husemeier
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2022-10-18
Filing date: 2022-10-18
Publication date: 2024-04-18
Also published as: EP4606015A1; WO2024083455A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, vorzugsweise zum Bewickeln einer Magneteinheit eines Rotors einer Elektromaschine, mit einem Bereitstellungsschritt, bei dem eine mit einer Magneteinheit bestückte Rotorwelle (5) eines Rotors bereitgestellt wird, und mit einem Wickelschritt, bei dem die Magneteinheit mit einem Wickeldraht (27) bewickelt wird. Erfindungsgemäß ist ein Blechpaket-Spannschritt vorgesehen, der dem Wickelschritt zeitlich vorgelagert ist und bei dem mittels eines Spannwerkzeuges (3) eine Blechpaket-Spannkraft (F_BP) auf ein Blechpaket (9) der Magneteinheit aufgebracht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bewickeln einer Magneteinheit eines Rotors nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Spannanordnung gemäß dem Anspruch 9.
Bei einem gattungsgemäßen Verfahren zum Bewickeln einer Magneteinheit eines Rotors einer Elektromaschine wird zunächst in einem Bereitstellungsschritt eine mit einer Magneteinheit bestückte Rotorwelle bereitgestellt. Die Magneteinheit weist ein durch einen Stapel aus mehreren Elektroblechen gebildetes Blechpaket sowie zwei Sternscheiben auf. An jeweils einer Stirnseite des Blechpaketes ist je eine der Sternscheiben angeordnet. Beim Bewickeln der Magneteinheit wird ein Wickeldraht unter Einwirkung einer Wickelspannkraft in mehreren Windungen um die Magneteinheit bzw. um einen Wickelpol der Magneteinheit gewickelt.
Aufgrund von Formtoleranzen und/oder Graten an den einzelnen Elektroblechen liegen die Elektrobleche vor dem Bewickeln nicht ideal aneinander und es befinden sich Luftspalte zwischen den Elektroblechen. Unter Einwirkung der auf den Wickeldraht aufgebrachten Wickelspannkraft kommt es zu Setzeffekten im Blechpaket, so dass sich der ursprünglich unter Einwirkung der Wickelspannkraft auf die Magneteinheit aufgewickelte Wickeldraht lockert. Der gelockerte Wickeldraht verhindert die korrekte Platzierung weiterer Windungen auf bereits zuvor gewickelten Windungen. Aufgrund der nicht korrekten Platzierung der weiteren Windungen sinkt der erreichbare Kupferfüllgrad des Rotors und damit der Wirkungsgrad der Elektromaschine, in der der Rotor eingesetzt ist.
Aus der DE 38 29 068 C1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verkleben von gestanzten Elektroblechen bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Bewickeln einer Magneteinheit eines Rotors einer Elektromaschine bereitzustellen, mit dem im Vergleich zu bekannten Verfahren ein Rotor mit höherem Kupferfüllgrad herstellbar ist. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Spannanordnung zum Bewickeln einer Magneteinheit eines Rotors einer Elektromaschine bereitzustellen, mit der ein Rotor mit im Vergleich zu bekannten Rotoren höherem Kupferfüllgrad herstellbar ist.
Diese Aufgabe ist durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren, vorzugsweise ein Verfahren zum Bewickeln einer Magneteinheit eines Rotors einer Elektromaschine, vorgeschlagen, das einen Bereitstellungsschritt aufweist, bei dem eine mit einer Magneteinheit bestückte Rotorwelle eines Rotors bereitgestellt wird. Das Verfahren weist einen Wickelschritt auf, bei dem die Magneteinheit, vorzugsweise ein erster von mehreren Wickelpolen der Magneteinheit, mit einem Wickeldraht bewickelt wird. Um einen hohen Kupferfüllgrad des bewickelten Rotors zu erreichen, ist erfindungsgemäß ein Blechpaket-Spannschritt vorgesehen, der dem Wickelschritt zeitlich vorgelagert ist und bei dem mittels eines Spannwerkzeuges eine Blechpaket-Spannkraft auf ein Blechpaket der Magneteinheit aufgebracht wird. Durch die Blechpaket-Spannkraft wird erreicht, dass sich im Blechpaket keine Luftspalte mehr befinden, die zu einem nachträglichen Lockern der Windungen auf der Magneteinheit führen können.
Der Rotor kann vorzugsweise durch einen Trommelanker mit mehreren Wickelpolen (Wickelpole können auch als Rotorpole bezeichnet werden) gebildet sein.
Bei einer konkreten Ausführungsform des Verfahrens kann bei dem Blechpaket-Spannschritt das Spannwerkzeug an einem ersten Blechpaketsegment von vorzugsweise mehreren Blechpaketsegmenten des Blechpaketes angesetzt werden. Das Ansetzen des Spannwerkzeuges kann vorzugsweise derart erfolgen, dass das Spannwerkzeug in Bezug auf die Längsachse der Rotorwelle von radial außen an dem Blechpaketsegment angesetzt wird. Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass bei dem Blechpaket-Spannschritt, eine erste Blechpaket-Verstelleinrichtung und/oder eine zweite Blechpaket-Verstelleinrichtung des an dem Blechpaket angesetzten Spannwerkzeuges betätigt wird und das Spannwerkzeug unter Aufbau einer Blechpaket-Spannkraft an dem ersten Blechpaketsegment festgespannt wird. Das Ansetzen des Spannwerkzeuges erfolgt somit unabhängig vom tatsächlichen Festspannen des Spannwerkzeuges an dem ersten Blechpaketsegment. Das Ansetzen des Spannwerkzeuges ist erleichtert, da das Spannwerkzeug ohne die Einwirkung der Blechpaket-Spannkraft am ersten Blechpaketsegment angesetzt werden kann.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens kann das Blechpaket durch einen Stapel aus Elektroblechen gebildet sein, wobei bei dem Blechpaket-Spannschritt die Elektrobleche, vorzugsweise alle Elektrobleche des Blechpaketes, im Bereich des ersten Blechpaketsegmentes unter Einwirkung der Blechpaket-Spannkraft zwischen, vorzugsweise einem Blechpaket-Vorsprung, einer ersten Blechpaket-Spannbacke des Spannwerkzeuges und, vorzugsweise einem Blechpaket-Vorsprung, einer zweiten Blechpaket-Spannbacke des Spannwerkzeuges, vorzugsweise unter Einwirkung der Blechpaket-Spannkraft, zusammengepresst werden. Die Elektrobleche können unter Einwirkung der Blechpaket-Spannkraft unmittelbar aneinander liegen. Beim Blechpaket-Spannschritt ist somit sichergestellt, dass die einzelnen Elektrobleche tatsächlich aneinander gepresst werden, so dass zwischen den Elektroblechen keine Luftspalte mehr vorhanden sind, die im Wickelschritt ein Lockern des Wickeldrahtes oder der Windungen des Wickeldrahtes hervorrufen könnten.
Besonders bevorzugt kann die Blechpaket-Spannkraft während des gesamten Wickelschrittes des ersten Blechpaketsegmentes aufgebracht bleiben. Alternativ oder zusätzlich kann die Blechpaket-Spannkraft zu Beginn des Wickelschrittes, vorzugsweise vollständig, aufgebracht sein und zumindest für eine vordefinierte Blechpaket-Spanndauer während des Wickelschrittes gehalten werden.
Vorzugsweise können sich die Kraftvektoren der Blechpaket-Spannkraft im Wesentlichen parallel zu der Längsachse der Rotorwelle erstrecken.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann die Magneteinheit das Blechpaket sowie eine erste Sternscheibe und/oder eine zweite Sternscheibe aufweisen. Durch die Verwendung der Sternscheiben kann der Rotor mit dem Wickeldraht knickfrei bewickelt werden, da scharfe Kanten am Blechpaket durch die Sternscheiben abgedeckt sind. Der Wickeldraht kann durch einen elektrisch isolierten Draht, vorzugsweise durch einen Kupferlackdraht, gebildet sein.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens kann ein Sternscheiben-Spannschritt vorgesehen sein, bei dem mittels des Spannwerkzeuges die erste Sternscheibe und/oder die zweite Sternscheibe gegen das Blechpaket gepresst wird. Somit ist zusätzlich sichergestellt, dass sich auch zwischen dem Blechpaket und jeweils einer der Sternscheiben kein Luftspalt befindet, der beim Wickelschritt ein nachträgliches Lockern des bereits aufgewickelten Wickeldrahtes hervorrufen könnte. Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der Sternscheiben-Spannschritt dem Blechpaket-Spannschritt zeitlich nachgelagert ist, und vorzugsweise zu Beginn des Sternscheiben-Spannschrittes bereits abgeschlossen ist, und/oder dass der Sternscheiben-Spannschritt dem Wickelschritt zeitlich vorgelagert ist, und vorzugsweise zu Beginn des Wickelschrittes bereits abgeschlossen ist. Dadurch, dass der Sternscheiben-Spannschritt dem Blechpaket-Spannschritt zeitlich nachgelagert ist, ergibt sich folgender Vorteil: Das Blechpaket ist zu Beginn des Sternscheiben-Spannschrittes bereits frei von Luftspalten. Das heißt, dass über die Sternscheiben keine zusätzliche Spannkraft auf das Blechpaket aufgebracht werden muss, um Luftspalte aus dem Blechpaket zu entfernen. Aufgrund der völligen Unabhängigkeit vom Spannen des Blechpaketes und vom Spannen der Sternscheiben ist es auch möglich, vor dem Wickelschritt nur das Blechpaket mittels des Spannwerkzeuges zu spannen und die Sternscheiben ohne das Spannwerkzeug und ausschließlich mittels des Wickeldrahtes gegen das Blechpaket zu spannen. Der Sternscheiben-Spannschritt ist somit lediglich optional und es kann im Bedarfsfall auch auf den Sternscheiben-Spannschritt verzichtet werden.
Bei einer konkreten Ausführungsform des Verfahrens kann bei dem Sternscheiben-Spannschritt eine erste Sternscheiben-Verstelleinrichtung des Spannwerkzeuges derart betätigt werden, dass ein erstes Sternscheibensegment der ersten Sternscheibe, vorzugsweise unter Aufbau einer ersten Sternscheiben-Spannkraft, mittels einer ersten Sternscheiben-Spannbacke des Spannwerkzeuges gegen das erste Blechpaketsegment, vorzugsweise gegen ein erstes Elektroblech des Blechpaketes, gespannt wird. Mittels der ersten Sternscheiben-Verstelleinrichtung ist es möglich, die Höhe der ersten Sternscheiben-Spannkraft exakt dosiert aufzubringen. So kann sichergestellt werden, dass einerseits kein Luftspalt zwischen dem ersten Sternscheibensegment der ersten Sternscheibe und dem Blechpaket vorhanden ist, und dass andererseits die erste und beispielsweise aus Kunststoff gefertigte Sternscheibe nicht beschädigt wird.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens kann bei dem Sternscheiben-Spannschritt eine zweite Sternscheiben-Verstelleinrichtung des Spannwerkzeuges derart betätigt werden, dass ein erstes Sternscheibensegment der zweiten Sternscheibe, vorzugsweise unter Aufbau einer zweiten Sternscheiben-Spannkraft, mittels einer zweiten Sternscheiben-Spannbacke des Spannwerkzeuges gegen das erste Blechpaketsegment, vorzugsweise gegen ein zweites Elektroblech des Blechpaketes, gespannt wird. Mittels der zweiten Sternscheiben-Verstelleinrichtung ist es möglich, die Höhe der zweiten Sternscheiben-Spannkraft exakt dosiert aufzubringen. So kann sichergestellt werden, dass einerseits kein Luftspalt zwischen dem ersten Sternscheibensegment der zweiten Sternscheibe und dem Blechpaket vorhanden ist, und dass andererseits die zweite und beispielsweise aus Kunststoff gefertigte Sternscheibe nicht beschädigt wird.
Das erste Sternscheibensegment der ersten Sternscheibe oder alle Sternscheibensegmente der ersten Sternscheibe können materialeinheitlicher und/oder einstückiger Bestandteil der ersten Sternscheibe sein. Das erste Sternscheibensegment der zweiten Sternscheibe oder alle Sternscheibensegmente der zweiten Sternscheibe können materialeinheitlicher und/oder einstückiger Bestandteil der zweiten Sternscheibe sein.
Das erste Elektroblech kann eine erste Stirnseite des Blechpaketes bilden. Das zweite Elektroblech kann eine zweite und der ersten Stirnseite gegenüberliegende Stirnseite des Blechpaketes bilden.
Vorzugsweise können sich die Kraftvektoren der ersten Sternscheiben-Spannkraft und/oder der zweiten Sternscheiben-Spannkraft im Wesentlichen parallel zu der Längsachse der Rotorwelle erstrecken.
Bevorzugt kann die erste Sternscheiben-Spannkraft und/oder die zweite Sternscheiben-Spannkraft während des gesamten Wickelschrittes des ersten Wickelpols aufgebracht bleiben. Der erste Wickelpol kann gebildet sein durch das erste Sternscheibensegment der ersten Sternscheibe, das erste Blechpaketsegment und das erste Sternscheibensegment der zweiten Sternscheibe. Alternativ oder zusätzlich kann die erste Sternscheiben-Spannkraft und/oder die zweite Sternscheiben-Spannkraft zu Beginn des Wickelschrittes, vorzugsweise vollständig, aufgebracht sein und zumindest für eine vordefinierte Sternscheiben-Spanndauer während des Wickelschrittes aufgebracht bleiben.
Bei einer konkreten Ausführungsform des Verfahrens können das erste Sternscheibensegment der ersten Sternscheibe, das erste Blechpaketsegment und das erste Sternscheibensegment der zweiten Sternscheibe zusammen den ersten Wickelpol von mehreren Wickelpolen des Rotors oder der Magneteinheit bilden und/oder miteinander, parallel zu der Längsachse des Rotors gesehen, fluchten. In dem Wickelschritt kann der erste Wickelpol mit dem Wickeldraht bewickelt werden. Während des Wickelschrittes kann eine Wickelspannkraft auf den Wickeldraht aufgebracht werden, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass der Wickeldraht unter Einwirkung der Wickelspannkraft auf den Wickelpol gewickelt wird.
Bevorzugt kann bei dem Verfahren ein Löseschritt vorgesehen sein, der dem Wickelschritt zeitlich nachgelagert ist und bei dem das Spannwerkzeug, vorzugsweise unter Abbau der Spannkräfte, von dem ersten Blechpaketsegment sowie dem ersten Sternscheibensegment der ersten Sternscheibe und dem ersten Sternscheibensegment der zweiten Sternscheibe gelöst wird. Der Wickelschritt des ersten Wickelpols kann bei Beginn des Löseschrittes bereits abgeschlossen sein. Besonders bevorzugt kann der Löseschritt noch vor Abschluss des Wickelschrittes des ersten Wickelpols durchgeführt werden, da gegen Ende des Wickelschrittes keine Lockerung des Wickeldrahtes mehr zu befürchten ist. Das Spannwerkzeug kann somit noch vor Abschluss des Wickelschrittes an einem weiteren Wickelpol festgespannt werden, so dass sich die Gesamtprozesszeit zum Bewickeln der Magneteinheit in vorteilhafter Weise reduziert.
Bei einer lediglich beispielhaften Ausführungsform kann das Spannwerkzeug nach dem Wickelschritt an der Magneteinheit, vorzugsweise an dem ersten Wickelpol, verbleiben. Das Vorsehen eines Löseschrittes kann dann entfallen.
Vorzugsweise kann die Magneteinheit das Blechpaket sowie die erste Sternscheibe und die zweite Sternscheibe aufweisen. Die erste Sternscheibe, das Blechpaket und die zweite Sternscheibe können, vorzugsweise entlang zu der Längsachse der Rotorwelle gesehen, hintereinander angeordnet oder hintereinander gestapelt sein. Das Blechpaket kann zwischen der ersten Sternscheibe und der zweiten Sternscheibe angeordnet sein.
Bevorzugt kann das erste Blechpaketsegment zusammen mit weiteren Blechpaketsegmenten des Blechpaketes in Umfangsrichtung um die Längsachse der Rotorwelle gleichmäßig verteilt angeordnet sein.
Besonders bevorzugt kann die erste Sternscheibe mehrere Sternscheibensegmente aufweisen, wobei bevorzugt vorgesehen sein kann, dass die Sternscheibensegmente der ersten Sternscheibe in Umfangsrichtung um eine Längsachse der Rotorwelle gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
Ebenso kann die zweite Sternscheibe mehrere Sternscheibensegmente aufweisen, wobei bevorzugt vorgesehen sein kann, dass die Sternscheibensegmente der zweiten Sternscheibe in Umfangsrichtung um eine Längsachse der Rotorwelle gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
Beispielhaft kann jedes der Sternscheibensegmente, vorzugsweise parallel zu einer Längsachse der Rotorwelle gesehen, mit einem der Blechpaketsegmente fluchten.
Bevorzugt können die Elektrobleche im Wesentlichen sternscheibenförmig sein. Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Elektrobleche, vorzugsweise entlang der Längsachse der Rotorwelle, hintereinander gestapelt sind. Vorzugsweise kann zumindest eines der mehreren Elektrobleche durch ein Eisenblech gebildet sein. Auch können mehrere oder alle der mehreren Elektrobleche jeweils durch ein Eisenblech gebildet sein.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann im Blechpaket-Spannschritt zunächst an dem ersten Wickelpol oder an mehreren Wickelpolen jeweils ein Spannwerkzeug angesetzt werden. Anschließend können die Wickelpole im Wickelschritt mit dem Wickeldraht bewickelt werden. Somit können zunächst bspw. alle Wickelpole des Rotors mit je einem Spannwerkzeug versehen werden und erst anschließend der Wickelschritt durchgeführt werden. Mittels der Spannwerkzeuge kann oder können auf jeden Wickelpol die Blechpaket-Spannkraft und/oder die Sternscheiben-Spannkräfte aufgebracht werden.
Erfindungsgemäß ist auch eine Spannanordnung, vorzugsweise zum Bewickeln einer Magneteinheit eines Rotors einer Elektromaschine, bevorzugt mit einem wie vorbeschriebenen Verfahren. Die Spannanordnung weist einen Rotor einer Elektromaschine, und ein, vorzugsweise wie vorbeschriebenes, Spannwerkzeug auf. Der Rotor weist eine mit einer Magneteinheit bestückte Rotorwelle auf und das Spannwerkzeug ist an der Magneteinheit festgespannt.
Erfindungsgemäß ist ferner das Spannwerkzeug der vorbeschriebenen Spannanordnung.
Bevorzugt kann das Spannwerkzeug eine erste Blechpaket-Spannbacke, ein Spannwerkzeug-Mittelteil und eine zweite Blechpaket-Spannbacke aufweisen. Die erste Blechpaket-Spannbacke und das Spannwerkzeug-Mittelteil können voneinander separate Bauteile sein und/oder über eine erste Blechpaket-Verstelleinrichtung miteinander verbunden sein, wobei bevorzugt vorgesehen sein kann, dass die erste Blechpaket-Verstelleinrichtung mechanisch, hydraulisch und/oder pneumatisch betätigbar ist. Beispielhaft kann die erste Blechpaket-Verstelleinrichtung ganz allgemein durch jede Verstelleinrichtung gebildet sein, die eine, vorzugsweise definierte, Relativbewegung zwischen der ersten Blechpaket-Spannbacke und dem Spannwerkzeug-Mittelteil ermöglicht.
Vorzugsweise kann die erste Blechpaket-Verstelleinrichtung derart ausgebildet sein, dass durch Betätigen der ersten Blechpaket-Verstelleinrichtung die erste Blechpaket-Spannbacke und das Spannwerkzeug-Mittelteil, vorzugsweise parallel zu einer Längsachse des Spannwerkzeuges, aufeinander zu oder voneinander weg bewegt werden. Unter Betätigen der ersten Blechpaket-Verstelleinrichtung kann auch ein Auseinanderbewegen oder ein Zueinanderbewegen der ersten Blechpaket-Spannbacke und dem Spannwerkzeug-Mittelteil verstanden werden, bei dem die erste Blechpaket-Verstelleinrichtung eingebunden ist, belastet wird oder mitwirkt. Die erste Blechpaket-Verstelleinrichtung kann zumindest teilweise und lediglich beispielhaft durch eine Stellschraube oder durch ein erstes Federelement gebildet sein. Beispielhaft kann das erste Federelement durch ein mäanderförmiges Federelement gebildet sein. Die erste und vorzugsweise durch das erste Federelement gebildete Blechpaket-Verstelleinheit kann beispielweise mittels eines Roboters, vorzugsweise eines Manipulators des Roboters, betätigt werden. Konkret können mittels des Roboters die erste Blechpaket-Spannbacke und das Spannwerkzeug-Mittelteil unter Aufbau einer Federkraft insbesondere voneinander weg bewegt werden. Anschließend können sich die erste Blechpaket-Spannbacke und das Spannwerkzeug-Mittelteil, vorzugsweise selbsttätig, unter Abbau der Federkraft aufeinander zu bewegen.
Bevorzugt kann das Spannwerkzeug eine zweite Blechpaket-Verstelleinrichtung aufweisen, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass die zweite Blechpaket-Verstelleinrichtung mechanisch, hydraulisch und/oder pneumatisch betätigbar ist. Das Spannwerkzeug-Mittelteil und die zweite Blechpaket-Spannbacke können über die zweite Blechpaket-Verstelleinrichtung miteinander verbunden sein.
Beispielhaft kann die zweite Blechpaket-Verstelleinrichtung derart ausgebildet sein, dass durch Betätigen der zweiten Blechpaket-Verstelleinrichtung das Spannwerkzeug-Mittelteil und die zweite Blechpaket-Spannbacke, vorzugsweise parallel zu einer Längsachse des Spannwerkzeuges, aufeinander zu oder voneinander weg bewegt werden. Beispielhaft kann die zweite Blechpaket-Verstelleinrichtung ganz allgemein durch jede Verstelleinrichtung gebildet sein, die eine, vorzugsweise definierte, Relativbewegung zwischen der zweiten Blechpaket-Spannbacke und dem Spannwerkzeug-Mittelteil ermöglicht. Unter Betätigen der zweiten Blechpaket-Verstelleinrichtung kann auch ein Auseinanderbewegen oder ein Zueinanderbewegen des Spannwerkzeug-Mittelteils und der zweiten Blechpaket-Spannbacke verstanden werden, bei dem die zweite Blechpaket-Verstelleinrichtung eingebunden ist, belastet wird oder mitwirkt. Die zweite Blechpaket-Verstelleinrichtung kann zumindest teilweise und lediglich beispielhaft durch eine Stellschraube oder durch ein zweites Federelement gebildet sein. Beispielhaft kann das zweite Federelement durch ein mäanderförmiges Federelement gebildet sein. Die zweite und vorzugsweise durch das zweite Federelement gebildete Blechpaket-Verstelleinheit kann beispielweise mittels eines Roboters, vorzugsweise eines Manipulators des Roboters, betätigt werden. Konkret können mittels des Roboters die zweite Blechpaket-Spannbacke und das Spannwerkzeug-Mittelteil unter Aufbau einer Federkraft insbesondere voneinander weg bewegt werden. Anschließend können sich die zweite Blechpaket-Spannbacke und das Spannwerkzeug-Mittelteil, vorzugsweise selbsttätig, unter Abbau der Federkraft aufeinander zu bewegen.
Beispielhaft können das Spannwerkzeug-Mittelteil und die zweite Blechpaket-Spannbacke einstückig und/oder materialeinheitlich ausgebildet sind. Dabei kann in vorteilhafter Weise die zweite Blechpaket-Verstelleinrichtung entfallen.
Vorzugsweise kann das Spannwerkzeug eine erste Sternscheiben-Spannbacke und/oder eine zweite Sternscheiben-Spannbacke aufweisen. So kann mit dem Spannwerkzeug nicht nur das Blechpaket, sondern können auch die Sternscheiben hin zum Blechpaket gespannt werden.
Bevorzugt kann das Spannwerkzeug eine erste Sternscheiben-Verstelleinrichtung aufweisen, wobei bevorzugt vorgesehen sein kann, dass die erste Sternscheiben-Spannbacke und die erste Blechpaket-Spannbacke über die erste Sternscheiben-Verstelleinrichtung miteinander verbunden sind. Beispielhaft kann die erste Sternscheiben-Verstelleinrichtung ganz allgemein durch jede Verstelleinrichtung gebildet sein, die eine, vorzugsweise definierte, Relativbewegung zwischen der ersten Sternscheiben-Spannbacke und der ersten Blechpaket-Spannbacke ermöglicht. Die erste Sternscheiben-Verstelleinrichtung kann zumindest teilweise und lediglich beispielhaft durch eine Stellschraube gebildet sein.
Beispielhaft kann die erste Sternscheiben-Verstelleinrichtung derart ausgebildet sein, dass durch Betätigen der ersten Sternscheiben-Verstelleinrichtung die erste Sternscheiben-Spannbacke und die erste Blechpaket-Spannbacke aufeinander zu oder voneinander weg bewegt werden. Unter Betätigen der ersten Sternscheiben-Verstelleinrichtung kann auch ein Auseinanderbewegen oder ein Zueinanderbewegen der ersten Sternscheiben-Spannbacke und der ersten Blechpaket-Spannbacke verstanden werden, bei dem die erste Sternscheiben-Verstelleinrichtung eingebunden ist, belastet wird oder mitwirkt.
Konkret kann das Spannwerkzeug eine zweite Sternscheiben-Verstelleinrichtung aufweisen, wobei bevorzugt vorgesehen sein kann, dass die zweite Sternscheiben-Spannbacke und die zweite Blechpaket-Spannbacke über die zweite Sternscheiben-Verstelleinrichtung miteinander verbunden sind. Beispielhaft kann die zweite Sternscheiben-Verstelleinrichtung ganz allgemein durch jede Verstelleinrichtung gebildet sein, die eine, vorzugsweise definierte, Relativbewegung zwischen der zweiten Sternscheiben-Spannbacke und der zweiten Blechpaket-Spannbacke ermöglicht. Die zweite Sternscheiben-Verstelleinrichtung kann zumindest teilweise und lediglich beispielhaft durch eine Stellschraube gebildet sein.
Beispielhaft kann die zweite Sternscheiben-Verstelleinrichtung derart ausgebildet sein, dass durch Betätigen der zweiten Sternscheiben-Verstelleinrichtung die zweite Sternscheiben-Spannbacke und die zweite Blechpaket-Spannbacke aufeinander zu oder voneinander weg bewegt werden. Unter Betätigen der zweiten Sternscheiben-Verstelleinrichtung kann auch ein Auseinanderbewegen oder ein Zueinanderbewegen der zweiten Sternscheiben-Spannbacke und der zweiten Blechpaket-Spannbacke verstanden werden, bei dem die zweite Sternscheiben-Verstelleinrichtung eingebunden ist, belastet wird oder mitwirkt.
Vorzugsweise kann das Spannwerkzeug oder können mehrere Spannwerkzeuge beispielsweise Teil einer Fertigungsanlage zum Bewickeln einer Magneteinheit eines Rotors einer Elektromaschine sein. Das Spannwerkzeug oder die Spannwerkzeuge können dann vollautomatisch durch die Fertigungsanlage an den oder die zu bewickelnden Wickelpole montiert und auch wieder von dem oder den bewickelten Wickelpolen abgenommen werden. Alternativ kann das Spannwerkzeug oder können die Spannwerkzeuge von der Fertigungsanlage separate Baugruppen sein, die bspw. manuell von einem Werker an dem Wickelpol oder den Wickelpolen angebracht werden, wobei der Wickelpol oder die Wickelpole anschließend in der Fertigungsanlage, vorzugsweise gleichzeitig oder nacheinander, bewickelt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der beigefügten, schematischen Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine Spannanordnung, die einen in einer Teilansicht dargestellten Rotor einer Elektromaschine und ein in einer Seitenansicht dargestelltes Spannwerkzeug aufweist;
2 bis 6 jeweils in einer Teilansicht eine Rotorwelle des Rotors gemäß der 1 mit einer in einer Seitenschnittansicht dargestellten Magneteinheit nach unterschiedlichen Verfahrensschritten;
7 in einer schematischen Darstellung Windungen eines Wickeldrahtes in orthozyklischer Anordnung, und
8 in einer Teilansicht die Rotorwelle des Rotors mit der in einer Seitenschnittansicht dargestellten und fertig bewickelten Magneteinheit.

In der 1 ist eine Spannanordnung 1 dargestellt. Die Spannanordnung 1 weist einen rotationssymmetrischen Rotor einer Elektromaschine auf, von dem zur besseren Übersichtlichkeit nur die obere Hälfte - das heißt eine Teilansicht - gezeigt ist. Die Spannanordnung 1 weist außerdem ein Spannwerkzeug 3 auf, das am Rotor festgespannt ist. Der Rotor weist eine Rotorwelle 5 auf, die mit einer Magneteinheit bestückt ist. Die Magneteinheit ist gebildet durch ein Blechpaket 9 sowie durch eine erste Sternscheibe 11 und eine zweite Sternscheibe 13. Das Blechpaket 9 ist zwischen der ersten Sternscheibe 11 und der zweiten Sternscheibe 13 angeordnet. In der 1 ist ein erster Wickelpol 25 (siehe 2) der Magneteinheit bereits mit einem Wickeldraht 27 (siehe 8) bewickelt. Außerdem ist das Spannwerkzeug 3 an dem ersten Wickelpol 25 festgespannt, und zwar derart, dass alle Elektrobleche des Blechpaketes 9 sowie die erste Sternscheibe 11 und die zweite Sternscheibe 13 zumindest im Bereich des ersten Wickelpoles 25 luftspaltfrei aneinander liegen.
In der 2 ist zunächst der Zustand nach Abschluss eines Bereitstellungsschrittes eines Verfahrens zum Bewickeln der Magneteinheit dargestellt, bei dem die mit der Magneteinheit bestückte Rotorwelle 5 bereitgestellt wird. Das Blechpaket 9 ist durch mehrere sternscheibenförmige und aus Eisenblech gestanzte Elektrobleche (mit der vertikal verlaufenden Schraffur angedeutet) gebildet, die entlang der Längsachse A des Rotors hintereinander gestapelt sind. An einem ersten Ende des Blechpaketes 9 ist ein erstes Elektroblech 15 und an einem dem ersten Ende gegenüberliegenden, zweiten Ende des Blechpaketes 9 ist ein zweites Elektroblech 17 angeordnet.
Ein erstes Sternscheibensegment 19 von mehreren Sternscheibensegmenten der ersten Sternscheibe 11, ein erstes Blechpaketsegment 21 von mehreren Blechpaketsegmenten des Blechpaketes 9 und ein erstes Sternscheibensegment 23 von mehreren Sternscheibensegmenten der zweiten Sternscheibe 13 bilden zusammen den ersten Wickelpol 25 von mehreren Wickelpolen der Magneteinheit. Der erste Wickelpol 25 wird in einem später detailliert erläuterten Wickelschritt mit einem Wickeldraht 27 bewickelt.
Gemäß den 3 und 4 wird nach Abschluss des Bereitstellungsschrittes in einem nachfolgenden Blechpaket-Spannschritt das Spannwerkzeug 3 auf den ersten Wickelpol 25 aufgesetzt (siehe 3) und an dem ersten Blechpaketsegment 21 festgespannt (siehe 4). Das Spannwerkzeug 3 weist ein Spannwerkzeug-Mittelteil 31 sowie eine erste Blechpaket-Spannbacke 33 und eine zweite Blechpaket-Spannbacke 35 auf, die jeweils mit einem Blechpaket-Vorsprung versehen sind. Die erste Blechpaket-Spannbacke 33 ist mittels einer ersten Blechpaket-Verstelleinrichtung verstellbar an dem Spannwerkzeug-Mittelteil 31 gelagert, die zumindest in Teilen durch eine Stellschraube 37 (angedeutet durch die gestrichelte Linie bei 37) gebildet ist. Die zweite Blechpaket-Spannbacke 35 ist mittels einer zweiten Blechpaket-Verstelleinrichtung verstellbar an dem Spannwerkzeug-Mittelteil 31 gelagert, die zumindest in Teilen durch eine Stellschraube 39 (angedeutet durch gestrichelte Linie bei 39) gebildet ist.
Im Blechpaket-Spannschritt wird das Spannwerkzeug 3 zunächst derart auf den ersten Wickelpol 25 aufgesetzt, dass das erste Blechpaketsegment 21 zwischen den beiden Blechpaket-Vorsprüngen angeordnet ist. Anschließend werden die Stellschrauben 37, 39 derart betätigt, dass sich die beiden Blechpaket-Vorsprünge parallel zu der Längsachse A der Rotorwelle 5 aufeinander zu bewegen. Die Elektrobleche des Blechpaketes 9 werden dadurch im Bereich des ersten Wickelpoles 25 unter Einwirkung einer mittels des Spannwerkzeuges 3 aufgebrachten Blechpaket-Spannkraft F_BP aneinander gepresst. Die die Kraftvektoren 41, 43 der Blechpaket-Spannkraft F_BP liegen auf einer sich parallel zur Längsachse A der Rotorwelle 5 erstreckenden Achse. Zwischen den Elektroblechen des Blechpaketes 9 befinden sich nun keine Luftspalte mehr und die Elektrobleche liegen ideal aneinander. Der Zustand des Spannwerkzeuges 3 nach Durchführung des Blechpaket-Spannschrittes ist in der 4 dargestellt.
Um auch die erste Sternscheibe 11 und die zweite Sternscheibe 13 vor dem Wickelschritt jeweils luftspaltfrei am Blechpaket 9 anzuordnen, ist ein Sternscheiben-Spannschritt vorgesehen. Der Sternscheiben-Spannschritt ist dem Blechpaket-Spannschritt zeitlich nachgelagert und dem Wickelschritt zeitlich vorgelagert. Der Zustand des Spannwerkzeuges 3 nach Durchführung des Sternscheiben-Spannschrittes ist in 5 dargestellt.
Für die Durchführung des Sternscheiben-Spannschrittes weist das Spannwerkzeug 3 eine erste Sternscheiben-Spannbacke 45 und eine zweite Sternscheiben-Spannbacke 47 auf. Die erste Sternscheiben-Spannbacke 45 und die erste Blechpaket-Spannbacke 33 sind über eine erste Sternscheiben-Verstelleinrichtung miteinander verbunden, die zumindest in Teilen durch eine Stellschraube 49 (angedeutet durch die strichlierte Linie bei 49) gebildet ist.
Durch Betätigen der Stellschraube 49 wird die erste Sternscheiben-Spannbacke 45 parallel zur Längsachse A der Rotorwelle 5 relativ zur ersten Blechpaket-Spannbacke 33 und in Richtung des Blechpaketes 9 verstellt. Dabei wird das erste Sternscheibensegment 19 der ersten Sternscheibe 11 luftspaltfrei gegen das erste Elektroblech 15 gedrückt, und zwar unter Einwirkung einer ersten Sternscheiben-Spannkraft F_S,1.
Die zweite Sternscheiben-Spannbacke 47 und die zweite Blechpaket-Spannbacke 35 sind über eine zweite Sternscheiben-Verstelleinrichtung miteinander verbunden, die zumindest in Teilen durch eine Stellschraube 51 (angedeutet durch die strichlierte Linie bei 51) gebildet ist.
Durch Betätigen der Stellschraube 51 wird die zweite Sternscheiben-Spannbacke 47 parallel zur Längsachse A der Rotorwelle 5 relativ zur zweiten Blechpaket-Spannbacke 35 und in Richtung des Blechpaketes 9 verstellt. Dabei wird das erste Sternscheibensegment 23 der zweiten Sternscheibe 13 luftspaltfrei gegen das zweite Elektroblech 17 gedrückt, und zwar unter Einwirkung einer zweiten Sternscheiben-Spannkraft F_S,2. Der Kraftvektor 53 der ersten Sternscheiben-Spankraft F_S,1 liegt, ebenso wie der Kraftvektor 55 der zweiten Sternscheiben-Spannkraft F_S,2, auf einer sich parallel zur Längsachse A der Rotorwelle 5 erstreckenden Achse.
Im Zustand des Spannwerkzeuges 3 gemäß der 5 ist das erste Sternscheibensegment 19 der ersten Sternscheibe 11 zwischen der ersten Sternscheiben-Spannbacke 45 und dem ersten Elektroblech 15 verspannt. Das erste Sternscheibensegment 23 der zweiten Sternscheibe 13 ist zwischen der zweiten Sternscheiben-Spannbacke 47 und dem zweiten Elektroblech 17 verspannt.
Die erste Sternscheibe 11 und die zweite Sternscheibe 13 sind jeweils aus Kunststoff gefertigt. Der Betrag der ersten Sternscheiben-Spannkraft F_S,1 ist annähernd gleich dem Betrag der zweiten Sternscheiben-Spannkraft F_S,2. Dadurch, dass die Sternscheiben 11 und 13 aus Kunststoff gefertigt sind und daher bruchempfindlich sind, ist sowohl der Betrag der ersten Sternscheiben-Spannkraft F_S,1 als auch der Betrag der zweiten Sternscheiben-Spannkraft F_S,2 jeweils erheblich kleiner als der Betrag der Blechpaket-Spannkraft F_BP.
Die Spannkräfte, das heißt die erste Sternscheiben-Spannkraft F_S,1, die zweite Sternscheiben-Spannkraft F_S,2 und die Blechpaket-Spannkraft F_BP, werden für die Dauer des sich an den Sternscheiben-Spannschritt anschließenden Wickelschrittes aufrecht erhalten.
Beim Wickelschritt wird der erste Wickelpol 25 mit dem durch einen Kupferlackdraht gebildeten Wickeldraht 27 bewickelt, wobei der Wickeldraht unter Einwirkung einer Wickelspannkraft auf den ersten Wickelpol 25 in mehreren Windungen 57 und unter Bildung eines Teils einer Ankerwicklung gewickelt wird. Der Zustand des Rotors nach erfolgtem Wickelschritt ist in der 6 dargestellt. Die Summe der Beträge der Spannkräfte, das heißt die erste Sternscheiben-Spannkraft F_S,1, die zweite Sternscheiben-Spannkraft F_S,2 und die Blechpaket-Spannkraft F_BP, ist gleich groß oder größer als ein Betrag einer Spannkraft, die dadurch auf den ersten Wickelpol 25 einwirkt, dass der Wickeldraht 27 mit der Wickelspannkraft auf den ersten Wickelpol 25 gewickelt wird.
Die Windungen 57 sind orthozyklisch zueinander platziert. Die orthozyklische Anordnung ist anhand der 7 schematisch dargestellt. Anhand der 7 ist ersichtlich, dass die Windungen 57 bei orthozyklischer Anordnung die größte Packungsdichte aufweisen und somit den maximal möglichen Kupferfüllgrad des Rotors ermöglichen.
Im Anschluss an den Wickelschritt wird ein Löseschritt durchgeführt, bei dem die Stellschrauben 37, 39, 49 und 51 der Verstelleinrichtungen, das heißt der ersten Blechpaket-Verstelleinrichtung, der zweiten Blechpaket-Verstelleinrichtung, der ersten Sternscheiben-Verstelleinrichtung und der zweiten Sternscheiben-Verstelleinrichtung, derart betätigt werden, dass die von dem Spannwerkzeug 3 auf den ersten Wickelpol 25 aufgebrachten Spannkräfte abgebaut werden. Anschließend wird das Spannwerkzeug 3 von dem ersten Wickelpol 25 abgenommen. Der Zustand des Rotors mit bewickelter Magneteinheit bei abgenommenem Spannwerkzeug 3 ist in der 8 dargestellt.
Entsprechend dem oben erläuterten Verfahren zum Bewickeln des ersten Wickelpols 15, wird das Verfahren mehrmals hintereinander oder mit zeitlichen Überschneidungen ausgeführt, und zwar solange bis sämtliche Wickelpole der Magneteinheit oder des Rotors mit dem Wickeldraht bewickelt sind.
Beim dem vorhergehend lediglich beispielhaft beschriebenen Verfahren wird das Spannwerkzeug 3 jeweils manuell vor dem Bewickeln eines jeden der Wickelpole des Rotors an dem zu bewickelnden Wickelpol montiert und nach dem Bewickeln wieder manuelle abgenommen. Das Spannwerkzeug 3 kann jedoch auch beispielsweise Teil einer Fertigungsanlage zum Bewickeln einer Magneteinheit eines Rotors einer Elektromaschine sein. Das Spannwerkzeug 3 wird dann vollautomatisch durch die Fertigungsanlage an den oder die zu bewickelnden Wickelpole montiert und auch wieder abgenommen.
BEZUGSZEICHENLISTE:

1: Spannanordnung
3: Spannwerkzeug
5: Rotorwelle
9: Blechpaket
11: erste Sternscheibe
13: zweite Sternscheibe
15: erstes Elektroblech
17: zweites Elektroblech
19: erstes Sternscheibensegment der ersten Sternscheibe
21: erstes Blechpaketsegment
23: erstes Sternscheibensegment der zweiten Sternscheibe
25: erster Wickelpol
27: Wickeldraht
29: weiterer Wickelpol
31: Spannwerkzeug-Mittelteil
33: erste Blechpaket-Spannbacke
35: zweite Blechpaket-Spannbacke
37, 39: Stellschraube
41, 43: Kraftvektor der Blechpaket-Spannkraft
45: erste Sternscheiben-Spannbacke
47: zweite Sternscheiben-Spannbacke
49, 51: Stellschraube
53, 55: Kraftvektor
57: Windung
A: Längsachse der Rotorwelle
FBP: Blechpaket-Spannkraft
FS,1: erste Sternscheiben-Spannkraft
FS,2: zweite Sternscheiben-Spannkraft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 3829068 C1 [0004]

Claims

Verfahren, vorzugsweise zum Bewickeln einer Magneteinheit eines Rotors einer Elektromaschine, mit: einem Bereitstellungsschritt, bei dem eine mit einer Magneteinheit bestückte Rotorwelle (5) eines Rotors bereitgestellt wird, einem Wickelschritt, bei dem die Magneteinheit mit einem Wickeldraht (27) bewickelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Blechpaket-Spannschritt vorgesehen ist, der dem Wickelschritt zeitlich vorgelagert ist und bei dem mittels eines Spannwerkzeuges (3) eine Blechpaket-Spannkraft (F_BP) auf ein Blechpaket (9) der Magneteinheit aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Blechpaket-Spannschritt das Spannwerkzeug (3) an einem ersten Blechpaketsegment (21) des Blechpaketes (9) angesetzt wird, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass bei dem Blechpaket-Spannschritt, eine erste Blechpaket-Verstelleinrichtung und/oder eine zweite Blechpaket-Verstelleinrichtung des an dem Blechpaket (9) angesetzten Spannwerkzeuges (3) betätigt wird und das Spannwerkzeug (3) unter Aufbau der Blechpaket-Spannkraft (F_BP) an dem Blechpaketsegment (9) festgespannt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechpaket (9) durch einen Stapel aus Elektroblechen gebildet ist, und dass bei dem Blechpaket-Spannschritt die Elektrobleche im Bereich des ersten Blechpaketsegmentes (21) unter Einwirkung der Blechpaket-Spannkraft (F_BP) zwischen, vorzugsweise einem Blechpaket-Vorsprung, einer ersten Blechpaket-Spannbacke (33) des Spannwerkzeuges (3) und, vorzugsweise einem Blechpaket-Vorsprung, einer zweiten Blechpaket-Spannbacke (35) des Spannwerkzeuges (3) zusammengepresst werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magneteinheit das Blechpaket (9) sowie eine erste Sternscheibe (11) und/oder eine zweite Sternscheibe (13) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sternscheiben-Spannschritt vorgesehen ist, bei dem mittels des Spannwerkzeuges (3) die erste Sternscheibe (11) und/oder die zweite Sternscheibe (13) gegen das Blechpaket (9) gepresst wird, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass der Sternscheiben-Spannschritt dem Blechpaket-Spannschritt zeitlich nachgelagert ist und/oder dass der Sternscheiben-Spannschritt dem Wickelschritt zeitlich vorgelagert ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Sternscheiben-Spannschritt eine erste Sternscheiben-Verstelleinrichtung des Spannwerkzeuges (3) derart betätigt wird, dass ein erstes Sternscheibensegment (19) der ersten Sternscheibe (11), vorzugsweise unter Aufbau einer ersten Sternscheiben-Spannkraft (F_S,1), mittels einer ersten Sternscheiben-Spannbacke (45) des Spannwerkzeuges (3) gegen das erste Blechpaketsegment (21), vorzugsweise gegen ein erstes Elektroblech (15) des Blechpaketes (9), gespannt wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Sternscheiben-Spannschritt eine zweite Sternscheiben-Verstelleinrichtung des Spannwerkzeuges (3) derart betätigt wird, dass ein erstes Sternscheibensegment (23) der zweiten Sternscheibe (13), vorzugsweise unter Aufbau einer zweiten Sternscheiben-Spannkraft (F_S,2), mittels einer zweiten Sternscheiben-Spannbacke (47) des Spannwerkzeuges (3) gegen das erste Blechpaketsegment (21), vorzugsweise gegen ein zweites Elektroblech (17) des Blechpaketes (9), gespannt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Sternscheibensegment (19) der ersten Sternscheibe (11), das erste Blechpaketsegment (21) und das erste Sternscheibensegment (23) der zweiten Sternscheibe (13) zusammen einen ersten Wickelpol (25) bilden, und dass in dem Wickelschritt der erste Wickelpol (25) mit dem Wickeldraht (27) bewickelt wird.
Spannanordnung, vorzugsweise zum Bewickeln einer Magneteinheit eines Rotors einer Elektromaschine, bevorzugt mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit: einem Rotor einer Elektromaschine, und einem Spannwerkzeug (3), wobei der Rotor eine mit einer Magneteinheit bestückte Rotorwelle (5) aufweist, und wobei das Spannwerkzeug (3) an der Magneteinheit festgespannt ist.
Spannwerkzeug einer Spannanordnung gemäß dem Anspruch 9.