STRELOW, Günter (Kiefernweg 2, Bochume, 44801, DE)
DREIHAUS, Uwe (Hermannstrasse 1A, Hamm, 59067, DE)
HOHEISEL, Stephan (Leunenschlossstrasse 29a, Dortmund, 44287, DE)
MATERNE, Thomas (Narzissenstiege 6, Lüdinghausen, 59348, DE)
STRELOW, Günter (Kiefernweg 2, Bochume, 44801, DE)
DREIHAUS, Uwe (Hermannstrasse 1A, Hamm, 59067, DE)
HOHEISEL, Stephan (Leunenschlossstrasse 29a, Dortmund, 44287, DE)
| Ansprüche
1. Spulenträgervorrichtung (2) für eine elektrische Maschine insbesondere für einen Elektromotor mit Spulenträgern (3) aus Kunststoff, auf denen Spulen des Stators wickelbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenträger (3) über Scharniere insbesondere Filmscharniere (4) am äußeren Rand eines mittigen Kunststoff-Trägerelements (1) angelenkt insbesondere angeformt sind.
2. Spulenträgervorrichtung nach Anspruch 1, dadu rch gekennzeichn e t, dass mindestens vier Spulenträger (3) am insbesondere flächigen Trägerelement (1) im noch nicht abgebogenen Zustand radial und sternförmig insbesondere punktsymmetrisch befestigt sind.
3. Spulenträgervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenträger (3) mit ihrem Kunststoff- Spulenträgerkern (8) länglich ausgeführt sind, wobei die Längsachse (9) der Spulenträger (3) im noch nicht abgebogenen Zustand radial zum Trägerelement (1) angeordnet ist.
4. Spulenträgervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenträger (3) aus der Ebene des Trägerelements (1) heraus um das Filmscharnier (4) zur Vorder- und/oder Rückseite des Trägerelements (1) biegbar sind.
5. Spulenträgervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenträger (3) in der umgebogenen abgewinkelten Stellung zueinander parallel und rechtwinklig zum Trägerelement (1) stehen.
6. Spulenträgervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Bewickeln aller Spulenträger (3) diese alle zu einer Seite des Trägerelements (1) rechtwinklig derart in die Arbeitsstellung umgebogen sind, dass die Spulen den Rotor und insbesondere ein Spaltrohr einer Spaltrohr-Motorpumpe außen umgeben.
7. Spulenträgervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Spulenträger (3) eine rückwärtige Außenplatte (10) aus Kunststoff aufweist, die über das Filmscharnier (4) mit dem Trägerelement (1) verbunden und an der der Kunststoffkern (8) des Spulenträgers (3) angeformt ist.
8. Spulenträgervorrichtung nach Anspruch 7, dad urch gekennzeichn et, dass in der nicht abgewinkelten Stellung der Spulenträger (3) die Außenplatten (10) insbesondere im Wesentlichen in der Ebene des Trägerelements (1) liegen.
9. Spulenträgervorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Außenplatte (10) und dem Kunststoffkern (8) eine Ausnehmung (11) für den Polschuh (6) ist.
10. Spulenträgervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Trägerelement (1) eine mittige öffnung (12) für die Maschinenwelle ist.
11. Spulenträgervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Scharnier eine Schnappverbindung aufweist oder von einer Schnappverbindung gebildet ist.
12. Verfahren zum Bewickeln einer Spulenträgervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dad urch gekennzeichnet, dass nach Herstellung der Spulenträgervorrichtung (2) diese in einen Wickelautomat in der Weise eingesetzt wird, dass zumindest ein Spulenträger (3) gegenüber dem Trägerelement (1) um das Scharnier vorzugsweise um 90 Grad umgebogen wird, wobei der zu bewickelnde Kern (8) des Spulenträgers (3) nach außen ragt, und danach der Spulenträger (3) und dessen Kern (8) bewickelt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Bewickeln die Polschuhe (15) in die Ausnehmungen (11) der Spulenträger eingesetzt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Bewickeln eines oder zweier einander diametral gegenüberliegender Spulenträger (3) die Spulenträgervorrichtung (2) um einen Winkel (ß) gedreht wird, so dass danach ein nächster oder zwei nächste diametral gegenüberliegende Spulenträger (3) in der Bewicklungsstellung liegen, die um 90 Grad nach außen umgebogen worden sind.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass während des Verdrehens der Spulenträgervorrichtung (2) der Wickeldraht von einer bewickelten Spule zum nächsten Spulenträger (3) geführt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickeldraht um eine Drahtführung (15) des Trägerelements (1) gelegt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12bis16dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Bewickeln eines, zwei oder mehrerer Spulenträger (3) die bewickelten Spulenträger (3) um 180 Grad nach innen um das jeweilige Scharnier (4) geschwenkt werden. |
Spulenträgervorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Spulenträgervorrichtung für eine elektrische Maschine insbesondere für einen Elektromotor mit Spulenträgern aus Kunststoff, auf denen Spulen des Stators wickelbar sind.
Es sind verschiedene Verfahren zum Bewickeln von Spulenträgern und deren Montage in Elektromotoren bekannt. Hierbei werden Einzelspulen auf einzelnen Polschenkeln angeordnet. Dies ist arbeits- und kostenaufwendig und erschwert eine Großserienfertigung.
Aufgabe der Erfindung ist es, Fertigung und Montage von elektrischen Maschinen zu vereinfachen und eine Serienanfertigung zu erleichtern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Spulenträger über Scharniere insbesondere Filmscharniere am äußeren Rand eines mittigen Kunststoff-Trägerelements angelenkt insbesondere angeformt sind.
Hierdurch sind die Spulenträger für ein Bewickeln besonders gut für Bewicklungs- und Montagemaschinen zugänglich und die Spulenträger sind von vornherein miteinander verbunden. Wahlweise können die Spulenträger einzeln oder paarweise bewickelt werden, wobei die Spulenträger stets sichere definierte Stellungen einnehmen. Auch kann das mittige Trägerelement neben seiner Haltefunktion zusätzlich Aufgaben insbesondere auf elektrischen/elektronischen Gebieten übernehmen. Die Anzahl der Teile ist wesentlich verringert und die
Herstellungssicherheit und die Fertigungsgenauigkeit erhöht. Es ist nur ein Trägerelement erforderlich und es wird eine einzige, leicht prüfbare Einheit geschaffen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit vier Spulenträgern ist in den Zeichnungen perspektivisch dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Oberansicht der Spulenträgervorrichtung mit Spulenträgern in einer Ebene,
Fig. 2 eine Unteransicht der Spulenträgervorrichtung mit Spulenträgern in einer Ebene,
Fig. 3 eine Rückansicht der Spulenträgervorrichtung mit einem Paar nach hinten abgebogenen Spulenträgern mit einem bewickelten Spulenträger,
Fig. 4 eine Vorderansicht der Spulenträgervorrichtung mit einem Paar nach hinten abgebogenen Spulenträgern mit einem bewickelten Spulenträger,
Fig. 5 eine Rückansicht der Spulenträgervorrichtung mit einem Paar nach hinten abgebogenen Spulenträgern mit einem bewickelten Spulenträger mit vier Bewicklungen bzw. Spulen
Fig. 6 eine Rückansicht der Spulenträgervorrichtung mit einem zweiten Paar nach hinten abgebogenen Spulenträgern mit einem bewickelten Spulenträger nach einer 180 Grad Drehung der Spule mit vier Bewicklungen bzw. Spulen
Fig. 7 eine Vorderansicht der Spulenträgervorrichtung mit allen Spulenträgern in Arbeitsstellung mit vier Bewicklungen bzw. Spulen
Fig. 8 eine Rückansicht der Spulenträgervorrichtung mit allen Spulenträgern in Arbeitsstellung mit vier Bewicklungen bzw. Spulen
Fig. 9 eine Rückansicht der Spulenträgervorrichtung nach Fig. 8 mit Rückschlussring,
Fig. 10 eine Vorderansicht der Spulenträgervorrichtung nach Fig. 8 mit Rückschlussring.
Fig.11 eine Vorderansicht einer Spulenträgervorrichtung mit sechs Spulenträgern in noch nicht abgewinkelter Stellung,
Fig. 12 eine Rückansicht einer Spulenträgervorrichtung mit sechs Spulenträgern in noch nicht abgewinkelter Stellung,
Fig. 13 eine Spulenträgervorrichtung mit nach außen geklappten Spulenträgern, von denen zwei bewickelt sind,
Fig. 14 eine Spulenträgervorrichtung mit nach außen geklappten Spulenträgern, die alle bewickelt sind, und
Fig. 15 eine Spulenträgervorrichtung mit nach innen geklappten bewickelten Spulenträgern.
An einem flächigen Trägerelement 1 einer Spulenträgervorrichtung 2 aus Kunststoff sind Spulenträger 3 aus Kunststoff einstückig angeformt, auf der die einzelnen Spulen 13 eines Stators großseriengerecht bewickelt werden. Der Spulenträger 3 mit seinem hohlen Kunststoffkern 8, auf den der Draht der Spule gewickelt wird, ist länglich ausgeführt, d. h. er besitzt eine größere Länge L als Breite B, wobei seine Längsachse 9 radial zum Trägerelement 1 angeordnet ist. Die einzelnen Spulenträger 3 verteilen sich symmetrisch sternförmig um das
mittige Kunststoffträgerelement 1 und sind über Scharniere insbesondere Filmscharniere 4 mit diesem verbunden. Auf dem Trägerelement 1 , auf das vorzugsweise über M I D-Technologie (Model Interconnect Devices) Leiterbahnen aufgebracht sind, wird die elektrische Verschaltung der einzelnen Spulen zueinander hergestellt. Weiterhin dient diese MID Struktur als Träger und Verschaltungsinstrument für alle bzw. Teile der notwendigen elektrischen/elektronischen Bauteile. Zum Anschluss an elektrische Versorgungs- und/oder Regelungsleitungen sind an geeigneten Stellen am Trägerelement 1 elektrische Anschlüsse 5 befestigt. Damit wird das Trägerelement wie eine Leiterplatte verwendet.
Die Spulenträgervorrichtung 2 besitzt am Trägerelement 1 in der Ebene sternförmig verteilte vier oder mehr Spulenträger 3 als Isolationskörper, auf denen die einzelnen Spulen aufgewickelt werden. Da jeder Spulenträger 3 mit seinem Kunststoff kern 8, auf dem die Wicklungen liegen, eine längliche Form aufweist und seine Längsachse 9 radial zur Mitte der Vorrichtung und des Trägerelements 1 angeordnet ist, ist auch die Ausnehmung 11 von länglicher Form und im noch nicht abgebogenen Zustand radial angeordnet. Der Spulenträger 9 bildet eine Außenplatte 10 mit einer mittigen öffnung 12 in ihr und im Kern 8. Die Außenplatte 10 liegt in der Ebene des Trägerelements 1 und ist über das Filmscharnier mit dem Trägerelement 1 verbunden.
Abhängig vom Wickelverfahren der zu bewickelnden Spulenträger 3 in der Ebene des Trägerelements 1 (Flyer, Nadelwickler) wird die Vorrichtung 2 um einen bestimmten Winkel im Werkzeug gedreht (Linearwickler). Aus Gründen der Unwucht, ist es von Vorteil, die einander gegenüberliegenden Spulenträger 3 symmetrisch umzubiegen. Nach dem Bewickeln eines Spulenträgers 3 wird der Draht in dafür vorgesehene Führungsbahnen direkt zum gegenüberliegenden Spulenträger 3 weitergeleitet. Der Anfang und das Ende der Spulen werden mit der MID Struktur leitend verbunden. Zum Kontaktieren der Wicklungsenden mit der MID Struktur bieten sich alle bekannten Kontaktarten wie Schneid-Klemm- Technik, Löten, Schweißen, etc. an. Nach dem Bewickeln aller Spulenträger 3 werden diese in ihre endgültige Position gekippt bzw. umgebogen und mit dem metallischen Rückschlussring verbunden.
Die zu bewickelnde Spulenträgervorrichtung 2 wird in ihrer Symmetrieachse mit einer drehbaren Vorrichtung des Wickelwerkzeuges befestigt. Am Rand des Spulenträgers 3 am übergang zur zentralen MID Struktur wird der zu bewickelnde Spulenträger 3, bzw. aus Symmetriegründen bei hohen Wickelgeschwindigkeiten die gegenüberliegenden bzw. alle Spulenträger, über ein Filmscharnier 4 um einen definierten Winkel in eine geeignete Wickellage mittels des Wickelwerkzeuges gedreht und festgehalten. In dieser Lage wird der Spulenträger 3 fixiert und mittels eines Flyers, Nadelwicklers bzw. eines Linearwicklers bewickelt. Nach Fertigstellung einer Spule wird die Vorrichtung 2 im Werkzeug derart um ihre Symmetrieachse gedreht, dass der Draht über vorgesehene Drahtführungen zum vorzugsweise gegenüberliegenden Spulenträger 3 hingeleitet wird, um diesen zu bewickeln. Somit ist keine separate Kontaktbrücke zwischen den kurzgeschlossenen Wicklungen erforderlich.
Am Anfang und Ende der Spulen sind Kontaktstellen an der MID Struktur des Trägerelements 1 vorgesehen. Diese dienen zur Kontaktierung zwischen Wicklungsenden und MID Leiterbahn. Die notwendige Kontaktierung wird vorzugsweise schon während des Wickelprozesses realisiert. Somit wird zum Abschluss eine bewickelte Spulenträgervorrichtung 2 mit Elektronik erhalten, die abschließend elektrisch bzw. elektronisch getestet wird. Nach dem Bewickeln aller Spulenträger 3 werden die einzelnen Polschuhe 6 in die Ausnehmungen 11 der Spulenträger 3 geschoben, die Spulenträger in ihre endgültige Lage gedreht und mit dem Rückschlussring 7 komplettiert.
Im Zentrum zwischen den Spulenträgern 3 befindet sich auf dem Trägerelement 1 eine MID Struktur, um die für den Betrieb des Motors notwendige Elektrik/Elektronik, oder Teile dieser funktionsgerecht aufzunehmen. Diese MID Struktur ist je nach Anwendungsfall für Nieder- bzw. Hochspannungsversorgung der Spulen verschieden ausgeführt.
Die zentrale Verschaltungsgeometrie des Trägerelements 1 beinhaltet auch den Netzanschluss des Motors zur Stromversorgung, sowie den elektrischen Anschluss für eine Steuerungs- bzw. Regelungsleitung. Ggf. werden alle
Anschlussleitungen in einer Steckerverbindung vereinigt, die vorzugsweise am Rand des Trägerelements angeordnet ist.
Der oben beschriebene Stator mit Elektronik und elektrischem Anschluss wird vorzugsweise mittels eines Kunststoffs umspritzt. Zum Abschluss steht eine Statorbaugruppe zur Verfügung, die mit der Rotorbaugruppe, dem Motoren- insbesondere Pumpengehäuse und ggf. mit weiteren Elektronikmodulen schnell und sicher zu einem Motor insbesondere zu einer Motorpumpe montiert wird.
Im Ausführungsbeispiel sind vier Spulenträger 3 punktsymmetrisch um das mittige Trägerelement 1 angeordnet, so dass die Längsachsen 9 der Spulenträger 3 im noch nicht abgebogenen flachen Zustand der Vorrichtung 2 miteinander Winkel α von 90 Grad bilden. Stattdessen können aber auch sechs, acht oder mehr Spulenträger 3 am mittigen Trägerelement 1 angeformt und punktsymmetrisch angeordnet sein, wobei die Winkel α zwischen den Spulenträgern 3 bzw. deren Längsachsen 9 wiederum gleich groß sind.
Ferner können die Scharniere 4 eine Schnappverbindung aufweisen.
Im Folgenden wird die Funktionsweise einer komplexen automatischen Linearwickelmaschine für die Großserienfertigung beschrieben. Bei kleineren Stückzahlen können einzelne Arbeitsschritte manuell ausgeführt werden.
In einem ersten Arbeitsschritt werden mittels eines Roboters die Spulenträger 3 (Wicklungsträger) mit Polschuhen 15 bestückt und dem Wickelautomaten derart übergeben, dass die zu bewickelnden Spulenträger mit ihren Polschuhen 15 nach außen, mit ihrer Längsachse 9 parallel zur Mittelachse, gerichtet sind. Die Polschuhe 15 besitzen für die Befestigung mit dem Rückschlussring 17 Kontaktgeometrien 18 z. B. Schwalbenschwänze. Diese sind bei der zu bewickelnden Spulenträgervorrichtung 1 zum Zentrum des Trägerelements 1 gerichtet und dienen zur Zentrierung und Befestigung der Spulenträgervorrichtung 1 mit der Wickelmaschine.
Nach der Bestückung der Wickelmaschine mit einer Spulenträgervorrichtung 1 wird diese um die Drehachse A in die Wickelposition geschwenkt. An der Spulenträgervorrichtung 1 sind Kontakte angebracht, die zur elektrischen Verbindung der Spulen mit der Elektrik/Elektronik des Motors dienen. Der Anfang des Wickeldrahtes wird im nächsten Arbeitsschritt mit dem entsprechenden Kontakt kontaktiert. Dies kann z.B. eine Schweißung, Bondung, Lötung, Schneid- Klemm-Technik, usw. sein. Anschließend wird die erste Spule gewickelt durch Bewickeln des Spulenträgers 3, wobei die Spulenträgervorrichtung 1 um die Drehachse A rotiert.
Nach Fertigstellung der ersten Spule wird die Spulenträgervorrichtung 1 um ihre eigene Symmetrieachse B gedreht, bis sich der nächste zu bewickelnde Spulenträger 3 in der Wickelposition befindet. Dabei legt sich der Wickeldraht vom Ende der ersten Spule zum Anfang der zweiten Spule, um eine an der Spulenträgervorrichtung 1 bzw. an dem Spulenträger 3 angeformte Drahtführung 15 und stellt einen elektrischen Kurzschluss zwischen den beiden Spulen her. Die Bewicklung der zweiten Spule verläuft analog der ersten. Nach Fertigstellung der zweiten Spule wird das Drahtende analog dem Drahtanfang an der ersten Spule mit einem dafür vorgesehenen Kontakt leitend verbunden. Die weiteren Spulenpaare werden anschließend analog dem ersten Spulenpaar hergestellt. Alternativ können aber auch stets zwei diametral gegenüberliegende Spulenträger gleichzeitig bewickelt werden.
Nach Abschluss des Wickelprozesses wird die Spulenträgervorrichtung 1 an eine weitere Arbeitsstation übergeben. Dabei werden die bewickelten Spulenträger 3 um die am Trägerelement 1 angeformten Scharniere so weit gedreht, bis diese ihre endgültige Einbauposition erreicht haben und der Rückschlussring 17 aufgeschoben werden kann. Anschließend wird der komplette Stator elektrisch geprüft und zur weiteren Montage an eine folgende Arbeitsstation übergeben.
Das Wickelverfahren mit einem Flyer - Wickelautomat geschieht analog dem Verfahren als Linearwickler. Jedoch dient die Drehachse A nur zur Bestückung des Wickelautomats mit Spulenträgern. Im Gegensatz zum Linearwickler dreht sich der Draht um die Spule und nicht die Spule um den Draht.