DE19748241A1

DE19748241A1 - Vorrichtung zum Herstellen von Drahtspulen auf in konvexen Ebenen angeordneten Wickelkörpern

Info

Publication number: DE19748241A1
Application number: DE19748241A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Zapf; Gerhard Badstuebner
Original assignee: VEM Motors GmbH
Current assignee: VEM Motors GmbH
Priority date: 1997-11-01
Filing date: 1997-11-01
Publication date: 1999-05-06
Anticipated expiration: 2017-11-02
Also published as: DE19748241B4

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von Drahtspulen auf in konvexen Ebenen angeordneten Wickelkörpern, bestehend aus einer Drahtführungseinrichtung mit Bremseinheit, einer Einrichtung für das Herstellen und Einlegen einzelner Drahtwicklungen und einer Fixiervorrichtung für das Paket der mit Drahtspulen auszustattenden Wickelkörper, wie sie im Elektromaschinenbau für das Herstellen von Spulenkörpern auf Wickelkörpern von Rotoren oder von Statoren in Nabenmotoren benötigt wird.

Vorrichtungen für das Herstellen von Spulenkörpern auf in konvexen Ebenen angeordneten Wickelkörpern werden nach dem Stand der Technik auf vielfältige Weise realisiert. Der am weitesten entwickelte Stand der Technik wird durch Wickelroboter gekennzeichnet, die sich gesteuerter Führungsnadeln bedienen, mit deren Hilfe der Wickeldraht in der jeweiligen Wickelebene um den Wickelkörper geführt wird. Dazu muß die Wickelnadel auch die Wickelnuten zu den benachbarten Wickelkörpern durchfahren. Solche technischen Lösungen werden unter anderem in den DE C1 42 09 532 und DE 40 29 981 beschrieben. Der Nachteil dieser Lösungen besteht neben der Kompliziertheit der benötigten Wickelvorrichtungen vor allem darin, daß der vorhandene Wickelraum bei der Nutzung der Wickelnute nur unzureichend ausgenutzt und damit das Erreichen eines gewünschten Masse-/Leistungsverhältnisses erschwert wird. Ein weiterer Nachteil dieser Vorrichtungen zum Herstellen einzelner Drahtwicklungen bis zum Erreichen eines vollständigen Spulenkörpers besteht im Erfordernis, zur Vermeidung des Abgleitens der einzelnen Drahtwicklungen vom Wickelkörper spezielle Niederhalter einsetzen zu müssen. Außerdem gestalten sich Vorrichtungen dieser Art auch dadurch aufwendig, daß die bei der Herstellung der einzelnen Drahtwicklung beteiligten Maschinenmassen regelmäßig beschleunigt und gebremst werden müssen. Zur Sicherung der vollständigen Reproduzierbarkeit der Bewegungsabläufe und der zu erreichenden Positionen erfordern solche technischen Lösungen zugleich anspruchsvolle Steuerungsmodule.

Eine Alternative dazu bieten Vorrichtungen, mit deren Hilfe die Spulenkörper außerhalb des Paketes der Wickelkörper vorgewickelt und anschließend auf den Wickelkörper aufgeschoben werden. Derartige Vorrichtungen werden in den DE 38 42 735 und DE 37 01 474 bekannt gemacht.

Da die vorgewickelten Spulenkörper möglichst berührungsfrei über die Nutzähne geführtwerden müssen, verbleibt zwischen Spulenkörper und Wickelkörper ein vergleichsweise großes räumliches Spiel, was sich ungünstig auf den Wirkungsgrad der auf diese Weise hergestellten Elektromaschine auswirkt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb im Schaffen einer technischen Lösung, mit deren Hilfe die Mängel des bekannten Stands der Technik überwunden werden. Insbesondere soll erreicht werden, daß das Herstellen von Spulenkörpern auf in konvexen Ebenen angeordneten Wickelkörpern mit geringerem gerätetechnischen Aufwand, höherer Produktivität und geringeren Kosten ermöglicht wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Danach besteht die vorgeschlagene Vorrichtung zum Herstellen von Drahtspulen auf in konvexen Ebenen angeordneten Wickelkörpern aus ansich bekannten Drahtführungeinrichtungen, die regelmäßig mit Bremseinheiten ausgestattet sind. Weiterhin besitzen derartige Vorrichtungen Einrichtungen für das Herstellen und Einlegen einzelner Drahtwicklungen in das Paket der Wickelkörper. Außerdem sind Vorkehrungen getroffen, um die hergestellten Drahtspulen am ausgestatteten Wickelkörper zu fixieren.

Wesentliche Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind das Vorhandensein eines angetriebenen und für die Ausführung kreisförmiger Bewegungen geeigneten Windarms mit wenigstens einer Drahtdüse, der außerhalb des Paketes der mit Spulenkörpern auszustattenden Wickelkörper angeordnet ist.

Außerdem besitzt die Vorrichtung eine Wickelschablone mit zumindest zwei Schablonenfingern, die an den Sirnseiten des mit einem Spulenkörper auszustattenden Wickelkörpers positionierbar ist.

Die Schablonenfinger weisen im Bereich oberhalb der Haltekanten konische Verstärkungen von wenigstens 10° auf. Weiterhin sind die Schablonenfinger im Bereich zwischen der Haltekante und dem Fingerende als Zunge mit einer das Abgleiten der Drahtwicklungen zum Nuttiefsten unterstützenden konischen Verjüngung ausgebildet.

Oberhalb der den mit einem Spulenkörper auszustattenden Wickelkörper benachbarten Wickelkörper sind den unerwünschten Kontakt der Drähte mit den Kanten der benachbarten Nutzähne verhindernde und das Herausheben der zu formenden Spulendrähte aus den Wickelnuten bewirkende Leitbleche angeordnet.

Schließlich ist für die Fixierung des Paketes von mit Spulenkörpern auszustattenden Wickelkörpern eine antreibbare und mit dem Windarin und der Wickelschablone zusammenwirkende Positioniereinrichtung vorgesehen. Mit Hilfe einer derartigen Vorrichtung ist es möglich, den im Paket befestigten Wickeldraht jeweils wicklungsweise spielarm um den Wickelkörper zu formen, ohne daß die Drahtführungseinrichtung die Wickelnuten passieren muß. Das erforderliche Spiel zwischen Drahtwicklung und Querschnitt des Wickelkörpers unterhalb der Nutzähne kann präzise durch die geometrischen Abmessungen der Wickelschablonen in der Höhe der definierten Haltekanten bestimmt werden. Die aufwendigen Hauptkomponenten der Vorrichtung in Form der Drahtführungseinrichtungen mit Bremseinheit und Windarm können einheitlich für unterschiedlichste Wickelaufgaben eingesetzt werden. Dies gilt auch für die erforderliche antreibbare Positioniereinrichtung für das Neupositionieren eines mit einer Drahtspule auszustattenden Wickelkörpers an der Wickelschablone. Der individuelle Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann sich damit auf die einfach gestalteten Wickelschablonen und Leitbleche beschränken.

Mit Hilfe der neugeschaffenen technischen Lösung wird vom Windarm mit Hilfe kreisförmiger Bewegungen der Wickeldraht in einer Ebene geführt, die zwischen der Ebene der Haltekanten und dem Nuttiefsten gewählt wird. Beim Verdrehen des Windarms aus der nutparallelen Lage wird der Wickeldraht durch die an den Stirnseiten der Wickelkörper abgewinkelten Leitbleche aus der Wickelebene herausgehoben. An der zuvor bewickelten Stirnseite gleitet der Wickeldraht dabei auf der Zunge des Schablonenfingers nach oben und wird an der Haltekante fixiert. Sobald der Windarm erneut eine nutparallele Stellung erreicht hat, gleitet der Wickeldraht vom Leitblech an den zu bewickelnden Wickelkörper, ohne daß der Wickeldraht den Nutzahn oder die möglicherweise zuvor hergestellte Drahtspule des benachbarten Wickelkörpers berührt hat. Wegen der tiefergelegenen Wickelebene kommt es allerdings zu einem innigen Kontakt des Wickeldrahtes mit der zuvor hergestellten Drahtwicklung, wobei die eingestellte konstante Drahtzugkraft eine vertikal gerichtete Kraftkomponente bewirkt, die das Abgleiten der zuvor hergestellten Drahtwicklung von der Haltekante über die sich verjüngende Zunge zum Nuttiefsten unterstützt.

Nach dem Herstellen der letzten Drahtwicklung des jeweiligen Spulenkörpers wird die Schablone von dem Wickelkörper kurzzeitig abgehoben, während der Windarm in einer nutparallelen Stellung verharrt. Nach dem Lösen der Schablonenfinger vom Spulenkörper wird das Spiel zumindest der zuletzt hergestellten Drahtwicklung, beispielsweise im Zusammenhang mit dem Neupositionieren eines Wickelkörpers an der Wickelschablone, soweit verringert, daß die letzte Drahtwicklung und damit der gesamte Spulenkörper formschlüssig unter den Nutzähnen des Wickelkörpers fixiert wird.

In einer besonderen Ausführungsform sind die Schablonenfinger der Wickelschablone längsverschieblich ausgebildet.

Alternativ dazu ist die Wickelschablone mit einem separaten Schablonenheber ausgestattet. Auf diese Weise ist mit vergleichsweise einfachen Mitteln sichergestellt, daß der hergestellte Spulenkörper einerseits am Wickelkörper unter Aufhebung des Spiels zumindest der letzten Drahtwicklung wirksam fixiert ist und zugleich die Voraussetzungen für das Neupositionieren eines Wickelkörpers an der Wickelschablone geschaffen sind.

Eine besondere Funktion für die Wirksamkeit der geschaffenen Vorrichtung besitzen die Leitbleche, die jeweils so angeordnet sind, daß sie die benachbarten Wickelkörper zumindest im Bereich der dem mit einer Drahtspule auszustattenden Wickelkörper zugewandten Nutzähne überdecken. Zumindest an den Stirnseiten der benachbarten Wickelkörper weisen die Leitbleche Abkantungen auf. Diese Abkantungen überdecken teilweise die aktuellen Wickelnuten derart, daß die Abkantungen bis unterhalb der Wickelebene reichen und sie zugleich als Aufgleitebene für den Wickeldraht fungieren können.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Positioniereinrichtung für das Paket mit Spulenkörpern auszustattender Wickelkörper mit einem indexierbaren und für das taktweise in festen Winkelschritten geeignete Neupositionieren des Paketes geeigneten Antrieb ausgestattet. In diesem Falle wird die Vorrichtung so genutzt, daß es nach dem Herausheben der Schablonenfinger aus dem zuvor hergestellten Spulenkörper zum Verdrehen des Paketes von Wickelkörpern derart kommt, daß ein weiterer Wickelkörper an den Schablonenfingern und den paarweise angeordneten Leitblechen positioniert ist.

Nach dem Absenken der Schablonenfinger an den Stirnseiten des mit einem Spulenkörper auszustattenden Wickelkörpers kann der Windarm der Vorrichtung erneut in der gewünschten Drehrichtung in Betrieb gesetzt werden und mit dem Herstellen der Drahtwicklungen eines weiteren Spulenkörpers begonnen werden.

Die Vorteile der Erfindung bestehen zusammengefaßt darin, daß mit ihrer Hilfe auf einfache Weise und hochproduktiv Wickelkörper mit Spulenkörpern ausgestattet werden können, wobei dazu trotz unterschiedlicher Wickelaufgaben im wesentlichen einheitliche Baugruppen verwendet werden können. An die Steuerung der Vorrichtung werden im Vergleich zu bekannten Wickelrobotern nur geringfügige Anforderungen gestellt, was der Zuverlässigkeit und der angestrebten Aufwandsminimierung zugute kommt.

Im Falle eines Produktwechsels ist es lediglich erforderlich, den Antrieb der Positioniereinrichtung neu zu programmieren und die Wickelschablone sowie die Leitbleche der neuen Aufgabe anzupassen. Die neugeschaffene technische Lösung ist in ihrer Funktionsfähigkeit auch nicht darauf beschränkt, daß Wickelkörper mit achsparallelen Wickelnuten mit Spulenkörpern ausgestattet werden. Es ist ebenso unproblematisch möglich, Wickelkörper mit verschränkten Nuten mit hoher Produktivität und größtmöglicher Packungsdichte zu bewickeln.

Die Erfindung soll nachstehend mit einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

In der beiliegenden Zeichnung zeigen:

Fig. 1 den schematischen Längsschnitt eines Wickelkörpers mit daran stirnseitig angeordneter Wickelschablone und umlaufendem Windarin;

Fig. 2 den schematischen Querschnitt mit Anordnung der die benachbarten Wickelkörper abdeckenden Leitbleche;

Fig. 3 die schematische Schnittdarstellung eines Schablonenfingers.

Ausführungsbeispiel

Gemäß Fig. 1 bis 3 wird der Stator eines Nabenmotors mit an Wickelkörpern 7 angeordneten Spulenkörpern 3 ausgestattet.

Dazu wird der Stator auf einer taktweise antreibbaren Positioniereinrichtung befestigt, über der der antreibbare Windarm 1 mit einer Drahtführung sowie die Wickelschablone 2 und die Leitbleche 11 angeordnet sind. Der mit einem Spulenkörper 3 auszustattende Wickelkörper 7 besitzt an den Nutseiten Nutzähne 8, die die Wickelnuten 9 teilweise überdecken. Die Wickelschablone 2 wird mit den Schablonenfingern 16 an beiden Stirnseiten 13 des Wickelkörpers 7 derart positioniert, daß sich die Haltekante 12 der Wickelschablone 2 etwa 2 mm unterhalb der unteren Kanten der Nutzähne 8 befindet. Oberhalb der Haltekante 12 weist der Schablonenfinger 16 eine leicht gewölbte Verstärkung 17 auf, die im Mittel einer Konizität von etwa 30° entspricht. Zum Nuttiefsten schließt sich an die Haltekante 12 die Zunge 14 an, die bis zum Fingerende 18 auf einer Länge von etwa 20 mm eine konische Verjüngung 19 von 2,5° aufweist. Das zwischen den Haltekanten 12 und dem Wickelkörper 7 beim Herstellen der geformten Drahtwicklung 4 entstehende Spiel 6 wird durch die Konizität der Zungenverjüngung bestimmt.

Die Wickelebene 5 befindet sich etwa 15 mm unterhalb der Ebene der Haltekanten 12. Der Windarm 1 besitzt neben der Drahtführung in der Wickelebene 5 eine Drahtdüse 15, mit deren Hilfe der Wickeldraht in einem Radius von etwa 500 mm straff um den Wickelkörper 7 mit der darüber befindlichen Wickelschablone 2 geführt werden kann. Die beidseitig am Wickelkörper 7 positionierten Leitbleche 11 decken jeweils etwa 5 der benachbarten Wickelkörper 7 ab. Sie besitzen an den Stirnseiten 13 der Wickelkörper 7 etwa 30 mm hohe Abkantungen 20, die die Wickelnuten 9 so überdecken, daß sie bis etwa 10 mm unter die Wickelebene 5 reichen und bis zur Oberkante der Leitbleche 11 Aufgleitebenen 21 bilden.

Der bei Arbeitsbeginn im Nuttiefsten befestigte Wickeldraht wird vom Windarm 1 über die Drahtdüse 15 nun um den Wickelkörper 7 herumgeführt. Sobald der Windarm 1 die nutparallele Lage verläßt, wird der Wickeldraht auf der Aufgleitebene 21 des ersten Leitblechs 11 aus der Wickelnut 9 herausgehoben und über den benachbarten Wickelkörper 7 geführt. Dabei gleitet der Wickeldraht über das Leitblech 11, ohne den Wickelkörper 7 selbst zu berühren. Beim erneuten Erreichen einer nutparallenen Lage gleitet der Wickeldraht an der nächsten Aufgleitebene 21 ab und wird in der Wickelebene 5 um die Zunge 14 des Schablonenfingers 16 geformt.

Beim erneuten Herausheben des Wickeldrahtes wird der bereits geformte Teil der Drahtwicklung 4 am Abgleiten vom Wickelkörper 7 durch die Haltekante 12 des Schablonenfingers 16 gehindert. Beim Herstellen der darauffolgenden Drahtwicklung 4 wird die zuvor hergestellte Drahtwicklung 4 aus ihrer Lage an der Haltekante 12 zum Nuttiefsten hin verdrängt. Dieser Prozeß wird sowohl durch die konische Verjüngung 19 der Zunge 14 als auch durch die vertikale Kraftkomponente des straff in der tiefer gelegenen Wickelebene 5 geführten Wickeldrahtes unterstützt. Nach dem Herstellen der letzten Drahtwicklung 4 werden die Schablonenfinger 16 aus dem Spulenkörper 3 herausgehoben, wobei der Windarm 1 eine nutparallele Lage einhält. Danach kommt es zum Neupositionieren des Paketes 10 von Wickelkörpern 7 und gleichzeitig zum Vermindern des Spiels 6 der zuletzt hergestellten Drahtwicklung 4, was zur sicheren Fixierung dieser Drahtwicklung 4 und damit des gesamten Spulenkörpers 3 unter den Nutzähnen 8 des Wickelkörpers 7 führt.

Bezugszeichenliste

1

Windarm

2

Wickelschablone

3

Spulenkörper

4

Drahtwicklung

5

Wickelebene

6

Spiel

7

Wickelkörper

8

Nutzahn

9

Wickelnut

10

Paket

11

Leitblech

12

Haltekante

13

Stirnseite

14

Zunge

15

Drahtdüse

16

Schablonenfinger

17

konische Verstärkung

18

Fingerende

19

konische Verjüngung

20

Abkantung

21

Aufgleitebene

Claims

1. Vorrichtung zum Herstellen von Drahtspulen auf in konvexen Ebenen angeordneten Wickelkörpern, bestehend aus einer Drahtführungseinrichtung mit Bremseinheit, einer Einrichtung für das Herstellen und Einlegen einzelner Drahtwicklungen und einer Fixiervorrichtung für das Paket der mit Drahtspulen auszustattenden Wickelkörper, dadurch gekennzeichnet,
daß ein angetriebener für die Ausführung kreisförmiger Bewegungen geeigneter Windarm (1) mit wenigstens einer Drahtdüse (15) außerhalb des Paketes (10) der mit Spulenkörpern (3) auszustattenden Wickelkörper (7) angeordnet ist,
daß eine Wickelschablone (2) mit zumindest zwei Schablonenfingern (16) an den Stirnseiten (13) des mit einem Spulenkörper (3) auszustattenden Wickelkörpers (7) positionierbar ist,
daß die Schablonenfinger (16) im Bereich oberhalb der Haltekante (12) eine konische Verstärkung (17) von wenigstens 10° aufweisen,
daß die Schablonenfinger (16) im Bereich zwischen der Haltekante (12) und dem Fingerende (18) als Zunge (14) mit einer das Abgleiten der Drahtwicklungen zum Nuttiefsten unterstützenden konischen Verjüngung (19) ausgebildet sind,
daß oberhalb der den mit einem Spulenkörper (3) auszustattenden Wickelkörpern (7) benachbarten Wickelkörper (7) den unerwünschten Kontakt der Drähte mit den Kanten der benachbarten Nutzähne (8) verhindernde und das Herausheben der zu formenden Spulendrähte aus den Wickelnuten (9) bewirkende Leitbleche (11) angeordnet sind und
daß für die Fixierung des Paketes (10) von mit Spulenkörpern (3) auszustattenden Wickelkörpern (7) eine antreibbare und mit dem Windarm (1) und der Wickelschablone (2) zusammenwirkende Positioniereinrichtung angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schablonenfinger (16) der Wickelschablone (2) längsverschieblich ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wickelschablone (2) mit einem separaten Schablonenheber ausgestattet ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitbleche (11) beidseitig die Stirnseiten (13) der Wickelkörper (7) umgreifende Abkantungen (20) aufweisen, deren die Wickelnut (9) teilweise überdeckende Kanten als Aufgleitebenen (21) ausgebildet und bis unterhalb der Wickelebene (5) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniereinrichtung für das Paket (10) der mit Spulenkörpern (3) auszustattenden Wickelkörper (7) mit einem indexierbaren und für das taktweise in festen Winkelschritten geeignete Neupositionieren des Paketes (10) geeigneten Antrieb ausgestattet ist.