Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formlitze gemäß Anspruch 1, ein Verfahren zur Herstellung eines Elektromotors gemäß Anspruch 13, sowie die Verwendung einer Formlitze gemäß Anspruch 14.

Formlitzen sind Litzen, d.h. verdrillte oder unverdrillte Drahtbüschel, welche kompaktiert werden und damit eine bestimmte Querschnittsform, meist eine rechteckige Querschnittsform, erhalten.

Als Draht für Formlitzen kommt vorzugsweise isolierter Draht, insbesondere Lackdraht in Frage.

In den Endabschnitten (Formlitzköpfe) sind die Einzeldrähte zwecks weiterer Kontaktierung elektrisch und mechanisch miteinander verbunden. Dies erfolgt z.B. mit Ultraschall- oder Elektrodenschweißen, wobei hierfür meist eine Hülse verwendet wird. Stets wird der im Formlitzkopf vorhandene Isolationslack der Drähte teils verbrannt, teils herausgequetscht.

Formlitzen können als Segmentleiter in elektrischen Maschinen, insbesondere in Statoren, Einsatz finden. Segmentleiter sind Leiterabschnitte, welche z.B. in Statornuten eingelegt oder eingezogen werden; die überstehenden Enden zweier Formlitzen können dann unmittelbar zu Halbspulen verbunden werden. Die Halbspulen werden durch entsprechendes Verbinden auf der gegenüberliegenden Seite des Stators gleichfalls verbunden. Dabei können verschiedene Wicklungsmuster realisiert werden, z.B. eine konzentrierte Wicklung oder - von besonderem Interesse - eine Wellenwicklung. Wellenwicklung meint, dass sich schlussendlich durchgehende Leiterstränge um die Statornuten herummäandern. Bei einer dreiphasigen Maschine ist dies beispielsweise aus der US9035526B2 oder DE10113831B4 bekannt.

Die Verbindung zweier Formlitzen kann direkt erfolgen, z.B. durch Verschweißen zweier Formlitzköpfe. Die Formlitzköpfe sind zu diesem Zweck verhülst, insbesondere mit einer Hülse verpresst oder verschweisst. Dies aus zwei Gründen, zum einen um eine definierte Verbindungsflächen für das Verschweißen zu schaffen, zum anderen, um die Drahtenden im Formlitz-Kopf elektrisch und mechanisch miteinander zu verbinden. Beispiele hierzu sind z.B. in der EP3051669A1 angegeben.

Zudem sind zusätzliche Komponenten der Formlitze, wie beispielsweise Verklebemittel, bekannt, welche die einzelnen Drähte der Formlitze mechanisch untereinander verbinden. Eine derartige Verbindung kann insbesondere Vibrationen (Lärm) und einem dadurch bedingten Scheuern zwischen den Einzeldrähten (Kurzschlussgefahr) entgegenwirken. Diese treten z.B. bei einer Beaufschlagung mit Wechselstrom mit zyklischem An- und Abstoßen der Einzeldrähte durch die strombedingten Magnetfelder auf.

Als Verklebemittel kommt beispielsweise Backlack in Frage. Unter Backlack (bonding varnish) ist ein Klebeharz zu verstehen, das die Aufgabe hat, die Einzeldrähte einer Litze oder einer Wicklung mechanisch miteinander zu verbinden.

Hierbei ist der Wicklungsdraht in der Regel mit einer ersten Isolationsschicht und einer zweiten Backlackschicht überzogen. Bei Erhitzung schmilzt der Backlack auf, verklebt mit den anderen Backlackschichten und härtet irreversibel aus. Vorteil ist, dass der Backlack bereits von Beginn an auf dem Draht vorhanden ist, also gut verteilt ist, nachteilig ist, dass Backlack sehr spröde ist (Handhabbarkeit). Diese Backlack-Verwendung zur Verklebung von in der Statornut befindlichen Einzeldrähten ist nicht zu verwechseln mit anderen Anwendungsmöglichkeiten. Hierzu zählen z.B. das Imprägnieren und Sichern von Einzeldrähten im Wickelkopf (auch Schutz vor äußeren Einflüssen), welches für die vorliegende Formlitzherstellung unbeachtlich ist. Ein anderer Aspekt ist gleichfalls die mechanische Fixierung eines Segmentleiters innerhalb der Nut, welches keine Schnittmenge mit der vorliegenden Erfindung hat.

Diese und andere Verklebemittel, insbesondere im Zusammenhang mit Backlack, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Im Stand der Technik erfolgt die Backlackapplizierung beispielsweise durch Verwendung von backlackbeschichteten Wicklungsdrähten, die durch Hitze miteinander verbacken werden, wie etwa in der EP2230674 beschrieben. Eine denkbare Backlack Applikation kann auch durch Wicklung mit einem „Draht-Tandem“, bestehend aus dem eigentlichen Wicklungsdraht und einem zusätzlichen Verklebedraht erfolgen, wie etwa in der DE3012496C2 oder JPS55147957A beschrieben. Auch kann eine Backlack Applikation durch Applizieren von flüssigem Harz auf einen Litzdraht („Tränken“) mit Aushärten unter Verpressen, i.e. Imprägnieren erfolgen, wie beispielsweise in der DE102004005033A1 beschrieben. Bekannt ist ebenfalls die Verwendung von backlackbeschichtetem Isolationspapier in einer Statornut, bei dem der Backlack durch Stromfluss erweicht wird und die Einzeldrähte miteinander verklebt, wie beispielsweise in der DE102014100567B5 beschrieben. Auch ist eine Applikation durch Einpumpen von Harz in eine extrudierte Isolationshülle, in welche ein Formlitzrohling bereits eingeführt wurde, aus der EP1523084A1 bekannt geworden. Im Bereich der backlackfreien Wicklungsköpfe ist beispielsweise die DE102015213616A1 bekannt geworden, welche die gesamte Wicklung mit Backlack versehen hat, diese aber nur lokal, hier innerhalb der Statornut, aushärten lässt, so dass die Wicklungsköpfe zumindest nicht miteinander verklebt sind. Dies hat den alleinigen Zweck, die Wickelkopfhöhe reduzieren zu können, indem die unverklebten Drähte im Wickelkopf nach unten in Richtung Statorkörper, gedrückt werden können.

Bei der Herstellung der Formlitze stellt insbesondere das Entfernen der Isolation an den Kopfenden für die elektrische Kontaktierung der Drähte untereinander und gegebenenfalls mit Hülsen eine Herausforderung dar. Dies gilt umso mehr, wenn die Formlitze neben der Drahtisolation, zusätzlich mit einem Verklebemittel ausgestattet sein soll.

Bei Verwendung von Formlitzen mit Verklebemittelapplikation der Einzeldrähte ist es daher erwünscht, die Einzeldrähte der Formlitze gegeneinander zu sichern bzw. miteinander zu verkleben. Unerwünscht ist jedoch auch hier Verklebematerial im Kontaktierungsbereich, d.h. im Kopfbereich der Formlitze.

Der Stand der Technik bietet hier keine optimalen Lösungen. Im Wesentlichen beruhen die Lösungen auf einem nachträglichen Entfernen des Verklebemittels für die unerwünschten Stellen. Hilfreich wäre jedoch ein industriell einsetzbares Verfahren, bei dem die unerwünschten Stellen von vornherein nicht mit einem Verklebemittel beaufschlagt werden.

Hier setzt die vorliegende Erfindung an und macht es sich zur Aufgabe, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Formlitze vorzuschlagen, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Formlitze vorzuschlagen, welches eine zielgerichtete Applikation von Backlack ermöglicht bzw. eine Applikation von Backlack im Kopfbereich der Formlitze vermeidet, insbesondere an den Stellen, in der eine Verbindung, insbesondere elektrisch leitende Verbindung, zwischen Draht und Draht bzw. Draht und Hülse etabliert werden soll bzw. etabliert ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit Vorrichtungen und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.

Idee der Erfindung ist es, einen Zwischenzustand bei der Formlitzherstellung anzugeben, bei welchem (zukünftige) Draht-Endabschnitte (Kopfbereich) und Draht-Zwischenabschnitte (aktive Länge) einer Formlitze derart vorliegen, dass eine auf die Drahtzwischenabschnitte lokal begrenzte Backlackapplizierung (oder anderes geeignete Material) erfolgen kann.

Hierzu wird vorgeschlagen, die Beaufschlagen des mindestens einen Rings, Halbschlaufe oder Wendel mit einem Verklebemittel nach der Umformung in der Umformeinrichtung und vor dem Verdrillen in der Verdrilleinrichtung, insbesondere auch vor dem Kompaktieren des Drahtpaketes in einer Kompaktiereinrichtung, durchzuführen.

In diesem Stadium liegen die Drähte noch sehr geordnet und zugänglich vor, insbesondere weist die Wendel, aber auch die Halbschlaufe oder Ring, einen Innenraum auf, in welchen ein Verklebemittel eingebracht werden kann. Auch eröffnen sich Möglichkeiten, die einzelnen Drähte, beispielsweise der Wendel, derart zu erreichen, dass Verklebemittel eingewebt, umwickelt oder aufgestrichen bzw. aufgesprüht werden kann. Im Ergebnis bestehen zwischen den vorgenannten Verarbeitungszuständen gute Möglichkeiten ein Verklebemittel zielgerichtet aufzubringen, insbesondere aber ein nachträgliches Entfernen des Verklebemittels zu vermeiden.

Weitere Vorteile der vorgeschlagenen Erfindung sind unter anderem eine schnelle und definierte Aufbringung des Verklebemittels, insbesondere Backlacks, im Vergleich zum z.B. Vakuumimprägnieren, d.h. insbesondere erhöhte Taktzeiten bei der Verklebemittelapplizierung, insbesondere Backlackapplizierung. Es kann ferner eine definierte Menge an aufgebrachtem Verklebemittel, insbesondere Backlack, aufgebracht, sowie eine gleichmäßige Verteilung zwischen den Einzeldrähten erreicht werden. Hierdurch wird eine erhöhte mechanische Festigkeit in der Litze erreicht und dadurch weniger Vibrationen, weniger Lärmemission im verbauten Zustand/E-Motor. Vorteilhaft ist ferner die Bereitstellung eines sauberen Formlitzkopfes gleichbleibender Qualität, welcher prozesssicher im beispielsweise im Wickelkopf einer E- Maschine ankontaktiert werden kann. Die Taktzeiten für den Kontaktierungsprozess können beschleunigt werden, da störende Verunreinigungen im Kopfende weitestgehend nicht existieren. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Merkmalen der Unteransprüche. Die Gegenstände bzw. Merkmale der verschiedenen Ansprüche können grundsätzlich beliebig miteinander kombiniert werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass es sich bei dem Draht um einen isolierten, vorzugsweise lackisolierten Draht handelt, wobei der isolierte Draht vor oder nach dem Umformen teilweise abisoliert wird. Durch diese Maßnahme kann entsprechend sichergestellt werden, dass der isolierte Draht an denjenigen Stellen abisoliert ist, die für die Montage bzw. elektrische Kontaktierung vorgesehen sind.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die mindestens eine Halbschlaufe, Ring oder Wendel auf der Umformeinrichtung aufgenommen ist, wobei die Umformeinrichtung zusammen mit der mindestens einen Halbschlaufe, Ring oder Wendel einen Innenraum ausbildet, wobei das Verklebemittel in den Innenraum eingebracht wird. Ein derartiges Vorgehen ist besonders vorteilhaft, da sich der Draht ohnehin in einem Zwischenzustand auf der Umformeinrichtung befindet und sich der ergebende Innenraum sehr gut für das Einbringen des Verklebemittels eignet. Insbesondere kann das Verklebemittel hier sowohl hinsichtlich seiner Position, als auch seiner räumlichen Ausgestaltung an die Erfordernisse des Innenraums angepasst werden, beispielsweise kann so auf einfache Art und Weise sichergestellt werden, dass die Kopfenden nicht mit Verklebemittel beaufschlagt werden, beispielsweise indem die räumliche Gestalt des Verklebemittels derart eingerichtet wird, dass diese Bereich nie von dem Verklebemittel erreicht werden können.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Verklebemittel auf einem Verklebemittelhalter angeordnet ist, wobei die

Verklebemittelvorrichtung aus Verklebemittel und Verklebemittelhalter in den Innenraum eingebracht wird. Ein derartiges Vorgehen eignet sich insbesondere für ein Verklebemittel, welches als Draht oder Band vorliegt, insbesondere also für Verklebemittel, welches keine unmittelbar an den Innenraum angepasste Struktur und ggf. auch nicht die notwenige Eigenstabilität aufweist. Insofern kann beispielsweise ein Verklebemitteldraht auf einem

Wicklungshalter, vergleichbar einem Wicklungshalter für den isolierten bzw. partiell abisolierten Draht, aufgewickelt und entsprechend mit dem Verklebemittelhalter in den Innenraum eingebracht werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die die mindestens einen Halbschlaufe, Ring oder Wendel auf der Umformeinrichtung aufgenommen ist, wobei das Verklebemittel zumindest abschnittsweise um die mindestens eine Halbschlaufe, Ring oder Wendel gewickelt werden. Eine derartige Variante bietet sich insbesondere für draht- oder bandförmige Verklebemittel an. Vorzugsweise werden die Langseiten der mindestens einen Halbschlaufe, Ring oder Wendel umwickelt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die mindestens eine Halbschlaufe, Ring oder Wendel auf der Umformeinrichtung aufgenommen ist, wobei die mindestens eine Halbschlaufe, Ring oder Wendel nach Art einer Webetechnik mit einem Verklebemittel ausgestattet werden, insbesondere wird ein Band oder Draht als Verklebemittel wie ein Kettfaden bzw. Schussfaden in die die mindestens eine Halbschlaufe, Ring oder Wendel eingewoben. Auch diese Variante der Beaufschlagung mit einem Verklebemittel eignet sich vorzugsweise für draht- oder bandförmige Verklebemittel. Ferner kann auch hier eine äußerst zielgerichtete Applikation von Verklebemittel vorgenommen werden, insbesondere können bestimmte Stellen, wie die zukünftigen Kopfbereiche, ausgespart werden.

Wie bereits oben an mehreren Stellen erwähnt, kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass das Verklebemittel als Draht oder Band ausgeführt ist. Hier wurden zahlreiche Möglichkeiten aufgezeigt, wie diese kostengünstige und hinreichend verfügbare Form eines Verklebemittels hinreichend prozesssicher für das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren eingesetzt werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die mindestens eine Halbschlaufe, Ring oder Wendel auf der Umformeinrichtung aufgenommen ist, wobei das Verklebemittel flüssig oder pulverförmig ausgestaltet ist und zumindest abschnittsweise auf die mindestens eine Halbschlaufe, Ring oder Wendel aufgetragen wird, insbesondere mittels pinseln, aufsprühen und/oder durch elektrostatische Anziehung. Auch dieses Vorgehen eignet sich vorteilhaft zur zielgerichteten Applikation von Verklebemittel. In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass diejenigen Bereiche, wie beispielsweise die Kopfbereiche, mittels eines geeigneten Vorhangs während der Auftragung abgedeckt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Verklebemittel aus einem Material gebildet ist, das geeignet ist, eine mechanische Fixierung der Drähte untereinander hervorzurufen, insbesondere dass das Verklebemittel Harze, Polymere, vorzugsweise Thermoplaste und/oder Duroplaste, Polyester und/oder Polyamidimide enthält.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass es sich bei dem Verklebemittel um Backlack handelt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Kompakteren des Drahtpaketes in einer Kompaktiereinrichtung durchgeführt wird, wobei die Kompaktiereinrichtung mit einer Aushärtevorrichtung ausgestattet ist, welche das Verklebemittel in seinen ausgehärteten Zustand überführt. Die Aushärtevorrichtung kann vorzugsweise auf das verwendete Verklebemittel abgestimmt werden, so dass eine prozesssichere Handhabung des Verklebe- bzw. Aushärteprozess gewährleistet werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Aushärtevorrichtung als Heizung, UV-Lichtquelle und/oder elektrischer Anschluss für die Formlitze ausgestaltet sein kann. Auch die als Presse ausgestaltete Kompaktierungseinrichtung kann ein beispielsweise mittels Druck aktivierbares Verklebemittel aktivieren.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Elektromotors vorzuschlagen, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Elektromotors vorzuschlagen, welches rationeller durchgeführt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren für Formlitze Teil des Herstellungsverfahrens des Elektromotors ist. Insofern wird die Formlitze gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt und in dem Elektromotor, vorzugsweise dem Stator des Elektromotors, verbaut. Hierdurch können die Vorteile der erfindungsgemäßen Formlitzenherstellung für die Elektromotorenherstellung nutzbar gemacht werden, insbesondere kann die Herstellung rationeller durchgeführt werden, da nachträgliche Entfernung des Verklebemittels im Wesentlichen entfallen kann.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine vorteilhafte Verwendung der erfindungsgemäß hergestellten Formlitze vorzuschlagen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Verwendung gemäß Anspruch 14 gelöst. Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Es zeigen jeweils schematisch

Fig. 1 eine gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Formlitze; Fig. 2 ein Stator eines Elektromotors, insbesondere eines elektrischen

Traktionsmotors, z.B. für ein Automobil, mit einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formlitze in einer seitlichen Ansicht;

Fig. 3 ein Stator eines Elektromotors, insbesondere eines elektrischen

Traktionsmotors, z.B. für ein Automobil, mit einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formlitze in einer stirnseitigen Ansicht;

Fig. 4.1 Umformen eines isolierten Drahtes in eine Wendel auf einem

Wicklungshalter mit zwei Fingern;

Fig. 4.1a eine Draufsicht auf den Wicklungshalter gemäß Fig. 4.1;

Fig. 4.2 partielles Abisolieren des Drahtes auf dem Wicklungshalter gemäß Fig.

4.1/4.1a;

Fig. 4.3 Verdrillen des Drahtes auf dem Wicklungshalter / Verdrilleinrichtung;

Fig. 5.1 Umformen eines isolierten Drahtes in eine Wendel auf einem

Wicklungshalter mit vier Fingern;

Fig. 5.1a eine Draufsicht auf den Wicklungshalter gemäß Fig. 5.1;

Fig. 5.2 partielles Abisolieren der Wendel auf dem Wicklungshalter gemäß Fig.

5.1/5.1a;

Fig. 5.3/5.4 Übernahme der Wendel von dem Vierfinger-Wicklungshalter auf einen

Zweifinger-Wicklungshalter;

Fig. 5.5 Verdrillen der Wendel auf dem Wicklungshalter / Verdrilleinrichtung

Fig. 6.1 partielles Abisolieren des isolierten Drahtes vor dem Umformen auf einem

Wicklungshalter - Umformen eines partiell abisolierten Drahtes in eine Wendel auf einem Wicklungshalter mit zwei Fingern;

Fig. 6.1a eine Draufsicht auf den Wicklungshalter gemäß Fig. 6.1;

Fig. 6.2 Verdrillen der Wendel auf dem Wicklungshalter / Verdrilleinrichtung;

Fig. 7 ein Wicklungshalter mit einem Finger und einer Halbschlaufe (Draufsicht / seitliche Ansicht); Fig. 8 ein Wicklungshalter mit zwei Fingern und einem Ring (Draufsicht / seitliche

Ansicht);

Fig. 9 eine Verdrilleinrichtung mit einem Finger, einem Zangenwerkzeug und einer Halbschlaufe;

Fig. 10 partielles Abisolieren eines isolierten Drahtes und Aufwickeln zu einer

Wendel auf einem Zweifinger-Wicklungshalter, sowie Aufwickeln eines Backlackdrahtes auf einem Zweifinger-Wicklungshalter zu einer Backlackdrahtwendel;

Fig. 10a ein Zweifinger-Wicklungshalter mit einem aufgewickelten Draht in einer

Draufsicht;

Fig. 10b ein Zweifinger-Wicklungshalter mit einem aufgewickelten Backlackdraht in einer Draufsicht;

Fig. 10.1 Einbringen des Zweifinger-Wicklungshalters mit der Backlackdrahtwendel in den Innenraum des Zweifinger-Wicklungshalters mit der Wendel aus partioneil abisoliertem Draht ¹ ;

Fig. 10.2 Verdrillen der Drahtwendel gemeinsam mit der Backlackdrahtwendel;

Fig. 11 ein Backlackband auf einem Zweifinger-Wicklungshalter;

Fig. 12 ein um die Langseiten einer Drahtwendel gewickeltes Backlackband;

Fig. 13 ein in die Langseiten einer Drahtwendel eingewebtes Backlackband;

Fig. 14 Einpinseln einer Drahtwendel mit einem flüssigen Verklebemittel;

Fig. 15.1 - 15.5 Kompaktieren des verdrillten Drahtpaketes in einer Presse;

Fig. 16 Elektrodenschweißen der Kopfenden der Formlitze zum elektrischen und mechanischen Verbinden der dort befindlichen Drahtabschnitte.

Ein mögliches Verfahren zur Herstellung einer Formlitze kann die Schritte

- Umformung eines Drahtes in mindestens eine Halbschlaufe, Wendel oder Ring;

- Verdrillen der mindestens einen Halbschlaufe, Wendel oder Ring in ein Drahtpaket;

- Kompaktieren des Drahtpaketes, sowie wahlweise partielles Abisolieren des Drahtes vor oder nach der Umformung umfassen. Unter Wendel soll eine spiralförmige Struktur mit mehreren Windungen verstanden werden. Die Enden sind in der Regel nicht miteinander verbunden. Grundsätzlich ist es aber möglich, die Enden der Wendel zu verbinden. Die Wendel muss nicht zwangsläufig kreisrund ausgestaltet sein, vielmehr weist die Wendel eine eher rechteckförmige Gestalt mit vorzugsweise abgerundeten Ecken auf. Insofern kann von zwei Langseiten 2a und zwei Kurzseiten 2b der Wendel gesprochen werden.

Unter Ring soll eine in sich geschlossene Struktur eines Drahtes mit der Windungszahl 1 verstanden werden, sprich die Enden sind miteinander verbunden. Der Ring muss nicht zwangsläufig kreisrund ausgestaltet sein, vielmehr weist der Ring eine eher rechteckförmige Gestalt mit vorzugsweise abgerundeten Ecken auf. Insofern kann von zwei Langseiten 2a und zwei Kurzseiten 2b des Rings gesprochen werden.

Unter Halbschlaufe soll eine einseitig offene, U-förmige Struktur verstanden werden. Der Draht beschreibt keine vollständige Windung und die Enden sind nicht miteinander verbunden. Insofern kann von zwei Langseiten 2a und einer Kurzseite 2b der Halbschlaufe gesprochen werden.

Bei dem Draht handelt es sich um einen isolierten, vorzugsweise lackisolierten Draht, der vor oder nach dem Umformen teilweise abisoliert wird. Im Kern handelt es sich bei dem Draht um einen elektrisch leitfähigen Draht, vorzugsweise aus Kupfer, Aluminium bzw. Kupfer- und/oder Aluminiumlegierungen.

Dieser isolierte Draht liegt in der Regel auf einer Rolle vor, von welcher der Draht abgerollt und dem Herstellungsprozess als gerader oder im Wesentlichen gerade zulaufender isolierter Draht zugeführt wird. Hiermit ist gemeint, dass der Draht von einer Rolle abgewickelt wird und erst in dem Umformprozess zu der angedachten Gestalt des Ring, der Halbschlaufe bzw. der Wendel umgeformt wird.

Ergebnis des Herstellungsprozesses ist eine Formlitze F. Die Formlitze umfasst einen erstes Kopfende, sowie ein zweites Kopfende. Die Kopfenden der Formlitze (genauer die dort befindlichen Drahtabschnitte) sind elektrisch und mechanisch untereinander verbunden, wobei dies mithilfe von Hülsen H l und H2 erfolgen kann. Zwischen den Kopfenden ist ein Drahtpaket D angeordnet. Das Drahtpaket besteht aus einer Anzahl von Drähten, die in der Regel miteinander verdrillt sind und als Drahtpaket vorzugsweise von einer Hauptisolationsschicht umgeben sind. Die Formlitze ist zudem kompaktiert und weist vorzugsweise eine rechteckförmige oder trapezförmige Querschnittsfläche auf.

Zu den einzelnen Verfahrensschritten wird nachfolgend ausgeführt:

Umformen

Das Umformen erfolgt in einer Umformeinrichtung 2. Als Umformeinrichtung kommen sogenannte Wicklungshalter in Frage.

In einer einfachsten Ausführungsform weist der Wicklungshalter einen Finger 2.1 auf, über den der Draht gewissermaßen aufgelegt und zu einer Halbschlaufe umgeformt wird. Es können mehrere Drähte hintereinander auf den Finger aufgelegt und entsprechend zu mehreren Halbschlaufen umgeformt werden. Die resultierenden Halbschlaufen können nebeneinander und/oder übereinander auf dem Finger aufliegen.

In einer weiteren Ausführungsform kann der Wicklungshalter zwei Finger 2.1, 2.2 aufweisen. Die beiden Finger sind parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet und voneinander beabstandet. Es können eine oder mehrere Ringe des Drahtes auf den Wicklungshalter aufgeschoben werden. Die Ringe können nebeneinander und/oder übereinander auf den Fingern aufliegen.

In einer weiteren Ausführungsform kann der Wicklungshalter zwei Finger 2.1, 2.2 und eine Drehachse R aufweisen. Die Drehachse ist vorzugsweise zwischen den Fingern und parallel zu den Fingern angeordnet. Im Wesentlichen handelt es sich hier um eine Art Haspel, auf der der Draht zu einer Wendel gewickelt werden kann. Die Drähte der Wendel können nebeneinander und/oder übereinander angeordnet sein.

In einer weiteren Ausführungsform kann der Wicklungshalter vier Finger 2.1 bis 2.4 aufweisen. Die vier Finger sind parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet und voneinander beabstandet. In einer Draufsicht bilden die vier Finger vorzugsweise die Ecken eines Vierecks oder Quadrats. Es können eine oder mehrere Ringe des Drahtes auf den Wicklungshalter aufgeschoben werden. Die Ringe können nebeneinander und/oder übereinander auf den Fingern aufliegen. In einer weiteren Ausführungsform kann der Wicklungshalter vier Finger 2.1 bis 2.4 und eine Drehachse R aufweisen. Die vier Finger sind parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet und voneinander beabstandet. In einer Draufsicht bilden die vier Finger vorzugsweise die Ecken eines Vierecks oder Quadrats. Die Drehachse ist vorzugsweise zwischen den Fingern, gewissermaßen in der Mitte des Rechtecks oder Quadrats und parallel zu den Fingern angeordnet. Im Wesentlichen handelt es sich hier um eine Art Haspel, auf der der Draht zu einer Wendel gewickelt werden kann. Die Drähte der Wendel können nebeneinander und/oder übereinander angeordnet sein.

Grundsätzlich kommt auch eine Variante mit drei oder mehr Fingern in Frage.

Die Umformeinrichtung definiert durch die Wendel bzw. den Ring bzw. die Ringe zusammen mit den Fingern, auf dem sie aufgenommen sind, einen Innenraum, insbesondere mit einem offenen Querschnitt, der auch als Einschubquerschnitt 2.5 für ein noch näher zu beschreibendes Verklebemittel bzw. Verklebemittelvorrichtung angesprochen werden kann. Gleiches gilt auch für die Halbschlaufe, wobei der Innenraum hier, bedingt durch die eine fehlende Kurzseite, auch in diese Richtung offen ist.

Ergebnis des Umformprozesses ist das Umformen eines Drahtes in mindestens eine Halbschlaufe, Ring oder Wendel.

Abisolieren

Das partielle Abisolieren erfolgt mit einer Abisoliereinrichtung 3.

Das partielle Abisolieren kann mechanisch bzw. abrasiv, insbesondere durch Schleifen und/oder Sandstrahlen erfolgen. Auch chemische und/oder thermische Verfahren, insbesondere unter Einsatz von Kälte- Verspröden, Lasersublimation, Induktionserhitzen usw. sind denkbar. Grundsätzlich ist hier jedes Verfahren denkbar, welches ein Entfernen der Isolation des Drahtes ermöglicht. Mit partiellem Abisolieren ist gemeint, dass ein sich in Längsrichtung erstreckender Abschnitt des isolierten Drahtes von dem Isolationsmaterial befreit wird, wobei „Befreiung“ in technisch relevanten Kategorien gemeint sein soll. Im Wesentlichen kommt es darauf an, dass eine elektrisch leitfähige Oberfläche des Drahtes freigelegt wird.

Das Abisolieren kann wahlweise vor oder nach dem Umformen vorgenommen werden. Abisolieren nach dem Umformen

Der isolierte Draht 1 ist bereits umgeformt, jedoch grundsätzlich noch auf der jeweiligen Umformeinrichtung 2 gehalten, so dass eine Abisolierung grundsätzlich an denjenigen Abschnitten der mindestens einen Halbschlaufe, Ring oder Wendel in Frage kommt, die frei liegen oder anders ausgedrückt, nicht mit einem Finger in Berührung stehen. Je nach Umformeinrichtung ergeben sich hier bevorzugte Abschnitte, die abisoliert werden sollen bzw. können.

Im Falle des Wicklungshalters 2 mit einem Finger 2.1 kommt der Bereich der Halbschlaufe unmittelbar neben dem Finger und endseitig der Halbschlaufe in Frage.

Im Falle des Wicklungshalters 2 mit zwei Fingern 2.1, 2.2 kommen die Bereiche der Wendel bzw. der Ringe unmittelbar neben den Fingern in Frage. Gewissermaßen werden die Enden der Langseiten 2a abisoliert.

Im Falle des Wicklungshalters 2 mit vier Fingern 2.1 bis 2.4 kommen die Bereiche der Wendel bzw. der Ringe zwischen zwei Fingern in Frage, vorzugsweise auf den kürzeren Abschnitten der Wendel bzw. der Ringe, wenn die Finger beispielsweise die Ecken eines Rechtecks bilden. Gewissermaßen werden die Kurzseiten 2b abisoliert.

Ergebnis des Abisolierprozesses ist eine Wendel bzw. Ringe oder Halbschlaufen mit teilweise abisolierten Drähten.

Abisolieren vor dem Umformen

In einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das Abisolieren vor dem Umformen, insbesondere auch bevor der Draht auf der Umformeinrichtung aufgenommen ist, durchgeführt wird. Ansonsten kann im Wesentlichen auf die oben bereits skizzierten Merkmale verwiesen werden.

Hier wird ein isolierter Draht 1, der vorzugsweise von einer Rolle zugeführt wird, zunächst partiell mit einer Abisoliereinrichtung 3 abisoliert um anschließend mit einer Umformeinrichtung 2 zu mindestens einer Halbschlaufe, Ring oder Wendel umgeformt zu werden. Bevorzugt kommt als Umformeinrichtung 2 ein drehbarer Zweifinger-Wicklungshalter in Frage. Die Synchronisation von Abisolierung zu Wicklungshalter erfolgt hier vorzugsweise dergestalt, dass die abisolierten Bereiche des Drahtes im Bereich der Finger 2.1, 2.2 aufliegen. Ergebnis des Abisolierprozesses ist eine Wendel bzw. Ringe oder Halbschlaufen mit teilweise abisolierten Drähten. In Zusammenschau mit der äußeren Gestalt der mindestens einen Halbschlaufe, Ring oder Wendel und den abisolierten Bereichen, wird deutlich, welcher Bereich mit Kopfbereich gemeint sein soll, insbesondere der abisolierte Bereich und/oder das Ende bzw. Endbereich der länglichen mindestens einen Halbschlaufe, Ring oder Wendel.

Verklebemittelapplikation

Die Applikation eines Verklebemittels erfolgt erfindungsgemäß vor dem Verdrillen und insbesondere nach dem Umformen. Anders ausgedrückt, wird der Zustand ausgenutzt, dass sich der Draht im Zustand Halbschlaufe(n) / Ring(e) / Wendel, also insbesondere auf der Umformeinrichtung 2, vorzugsweise dem Wicklungshalter, befindet. Hier ist insbesondere vorgesehen, dass die Umformeinrichtung als Wicklungshalter ausgebildet ist, umfassend mindestens zwei Finger 2.1, 2.2, auf denen der Draht zu mindestens einem Ring bzw. Wendel aufgenommen ist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Wicklungshalter lediglich einen Finger 2.1 aufweist und mindestens eine Halbschlaufe auf dem Finger aufgenommen ist.

Das Verklebemittel 7 kann in einem Ausgangszustand, d.h. vor dem beabsichtigten Verkleben bzw. Aushärtung, grundsätzlich in fester oder flüssiger Form vorliegen. In fester Form ist regelmäßig eine räumliche Ausgestaltung als Draht oder Band vorgesehen. Das Verklebemittel kann aber auch Teil einer Verklebemittelvorrichtung sein, umfassend beispielsweise einen Verklebemittelhalter 6 mit zwei Fingern 6.1, 6.2, auf dem draht- oder bandförmiges Verklebemittel zu einer Verklebemittelwendel aufgerollt ist. Die Verklebemittelvorrichtung weist insbesondere eine äußere räumliche Ausdehnung und einen Außenquerschnitt 6.3 auf, mit dem die Verklebemittelvorrichtung in den oben bereits beschriebenen Einschubquerschnitt 2.5 der Umformeinrichtung 2 eingeschoben werden kann. Grundsätzlich vorstellbar ist auch ein monolithisches Verklebemittel 7, welches beispielsweise eine quaderförmige räumliche Ausgestaltung aufweist und ohne einen Verklebemittelhalter 6 in den Innenraum 2.5 eingeschoben werden kann.

Unter Verklebemittel 7 ist jedes Material zu verstehen, das geeignet ist, eine mechanische Fixierung der Drähte untereinander hervorzurufen. Hierzu zählen, Harze, jegliche Polymere (insbesondere Thermoplaste und Duroplaste), insbesondere Backlack, Polyester (typisches Polymer) oder Polyamidimide (typisches Polymer). Zur Applikation des Verklebemittels 7 sind verschiedene, nicht abschließend aufgezählte, Möglichkeiten denkbar.

Die auf der Umformeinrichtung 2 aufgenommene Wendel bzw. Halbschlaufe(n) oder Ring(e) definieren zusammen mit den Fingern 2.1, 2.2, auf dem sie aufgenommen ist bzw. sind, den oben bereits beschriebenen Innenraum 2.5 mit dem Einschubquerschnitt. In axialer Richtung der Finger ergibt sich eine Einschubmöglichkeit für die oben skizzierte Verklebemittelvorrichtung 6, 7, sozusagen eine Positionierung des Verklebemittels in der Wendel bzw. Halbschlaufe(n) oder Ring(e). Hierzu sollte die Verklebemittelvorrichtung 6, 7 jedoch einen geringeren Außenquerschnitt 6.3, als der zuvor skizzierte Einschubquerschnitt 2.5 aufweisen.

Als räumliche Struktur für diese Variante kommt auch ein monolithischer Block des Verklebemittels 7 in Frage, der ebenso wie die Verklebemittelvorrichtung in den Innenraum 2.5 eingeschoben wird. Beachtlich ist in diesem Fall abermals, dass der Außenquerschnitt des Verklebemittels geringer als der Einschubquerschnitt ist.

In einer weiteren Variante des Flerstellungsverfahrens kann vorgesehen sein, dass die Wendel, Ringe oder Halbschlaufen nach Art einer Webetechnik mit einem Verklebemittel 7 ausgestattet werden, insbesondere wird ein Band oder Draht als Verklebemittel wie ein Kettfaden bzw. Schussfaden in die Wendel, Ringe oder Halbschlaufen eingewoben. Es werden vorzugsweise die Langseiten der Wendel, Ring(e) oder Halbschlaufe(n) nach Art einer Webetechnik mit einem Verklebemittel ausgestattet. Hierzu wird ein Band oder Draht als Verklebemittel wie ein Kettfaden bzw. Schussfaden in die Langseiten der Ringe oder Schlaufen eingewoben. Vorzugsweise weisen die Langseiten einen gewissen Abstand untereinander auf.

In einer weiteren Variante des Flerstellungsverfahrens kann vorgesehen sein, dass eine Wendel oder mehrere Ringe bzw. Halbschlaufen auf der Umformeinrichtung aufgenommen sind, wobei das Verklebemittel 7 zumindest abschnittsweise um die Wendel oder die Ringe gewickelt ist. Hier werden in der Regel die Langseiten der Ringe oder Schlaufen zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, mit einem Verklebemittel umschlossen, vorzugsweise umwickelt. Als Verklebemittel kommt ein Band oder Draht in Frage.

In einer weiteren Variante des Flerstellungsverfahrens werden die Langseiten der Ringe oder Schlaufen mit einem Verklebemittel 7, vorzugsweise in flüssiger Form oder Pulverform, angepinselt oder angesprüht. In diesem Zusammenhang kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, die Kopfbereiche, also bereits abisolierte Bereiche oder abzuisolierende Bereiche, durch einen geeigneten Vorhang vor einer Aufbringung des Verklebemittels zu schützen.

Es wird offenbar, dass die Kopfbereiche der zu verdrillenden mindestens einen Halbschlaufe, Ring oder Wendel in der Regel stets nicht mit dem Verklebemittel beaufschlagt sind, insbesondere da die späteren Anschlussbereiche im Kopfbereich gezielt ausgespart werden können, beispielsweise dadurch, dass die Kopfbereiche um die Finger verlaufen und bereits systembedingt durch das Verklebemittel nicht erreicht werden können. Hier kann auch über die gezielte räumliche Ausgestaltung und Positionierung des Verklebemittels, insbesondere dessen Querschnitt, Einfluss genommen werden, in welchen Bereichen das Verklebemittel mit verdrillt werden soll.

Derart mit einem Verklebemittel ausgestattete Halbschlaufe(n) / Ring(e) / Wendel können verdrillt werden. Hierzu kann auf den oben bereits skizzierten Prozess verwiesen werden. Je nach Auswahl des Verklebemittels hinsichtlich seiner Aushärtungseigenschaften, kann bereits zum jetzigen Zeitpunkt eine mechanische Verbindung zwischen den Drähten des Drahtpaketes bestehen.

Verdrillen

Das Verdrillen der Wendel bzw. der Ringe oder Halbschlaufen erfolgt über eine Verdrilleinrichtung 4. Im Wesentlichen umfasst die Verdrilleinrichtung einen ersten Greifer 4.1 für das erste distale Ende der Wendel bzw. der Ringe oder Halbschlaufen, sowie einen zweiten Greifer 4.2 für das zweite distale Ende der Wendel bzw. der Ringe oder Halbschlaufen. Die Greifer werden in etwa um die Längsachse der Wendel bzw. Wendel bzw. der Ringe oder Halbschlaufen verdreht, so dass die Drähte verdrillt werden.

In einer ersten Ausführungsform der Verdrilleinrichtung werden der erste Greifer durch einen Finger und der zweite Greifer durch ein Zangenwerkzeug gebildet. Diese Verdrilleinrichtung eignet sich bevorzugt für das Verdrillen von Halbschlaufen. Das Zangenwerkzeug ergreift die freien Enden der Halbschlaufen, während der Finger die Kurzseiten der Halbschlaufen ergreift. Insoweit kann der erste Finger der Verdrilleinrichtung auch der erste Finger der Umformeinrichtung sein. Die Umformeinrichtung kann in diesem Fall mit einer zusätzlichen Mechanik ausgestattet sein, die ein Verdrehen von Finger und Zangenwerkzeug gegeneinander ermöglicht. In einer bevorzugten Ausführungsform der Verdrilleinrichtung werden der erste Greifer durch einen ersten Finger und der zweite Greifer durch einen zweiten Finger gebildet. Diese Verdrilleinrichtung eignet sich bevorzugt für das Verdrillen der Wendel bzw. der Ringe. Die Finger ergreifen die jeweils distalen Wendelenden bzw. Ringenden, sprich die Kurzseiten. Insoweit kann der erste Finger der Verdrilleinrichtung auch der erste Finger bzw. der zweite Finger der Verdrilleinrichtung der zweite Finger der Umformeinrichtung sein. Die Umformeinrichtung kann in diesem Fall mit einer zusätzlichen Mechanik ausgestattet sein, die ein Verdrehen der Finger gegeneinander ermöglicht.

Soweit die Umformeinrichtung mit vier Fingern ausgestattet ist, können die hierauf aufgewickelten Ringe bzw. die Wendel an eine Verdrilleinrichtung mit zwei Fingern übergeben werden. Das Verdrillen erfolgt dann bevorzugt mit dieser Verdrilleinrichtung. Hierzu kann auf die oben gemachten Ausführungen verwiesen werden.

Ergebnis des Verdrillprozesses ist ein verdrilltes Drahtpaket.

Kompaktieren

Das Kompaktieren erfolgt in einer Kompaktiereinrichtung 5, insbesondere einer Presse.

Das verdrillte Drahtpaket wird in einem Kompaktierprozess zu einer Formlitze F verpresst. Durch die vorausgegangenen Verfahrensschritte ist sichergestellt, dass die jeweiligen distalen Enden des verdrillten Drahtpaketes, also die Kopfbereiche, abisoliert sind. Falls die Enden noch teilweise isolierten Draht enthalten, können diese, aber nicht notwendigerweise, abgeschnitten werden.

Zudem kann der Kompaktierprozess bzw. die Kompaktiereinrichtung mit einem Aushärteprozess bzw. einer Aushärtevorrichtung 8 für das Verklebemittel ausgestattet sein.

Als Aushärtevorrichtung 8 kommt beispielsweise eine beheizbare Pressform in Frage, wenn die Kompaktierungseinrichtung beispielsweise als Presse ausgestaltet ist. Denkbar ist aber auch, dass die Aushärtevorrichtung Anschlussterminals für die Hülsen der Formlitze aufweist, so dass die Formlitze mit Strom beaufschlagt und selbst erhitzt werden kann. Ausgewählte Verklebemittel, wie beispielsweise Backlack, können z.B. thermisch, per Strom, per UV-Licht oder druckaktiviert werden. Hier kann die Kompaktiereinrichtung die passende Aushärtevorrichtung zum Aktivieren des Verklebemittels enthalten. Ergebnis des Kompaktierprozesses ist eine Formlitze F, insbesondere eine Formlitze, die durch das Verklebemittel einen hohen mechanischen Zusammenhalt aufweist.

Die Endabschnitte der Formlitzen können anschließend in einem weiteren Prozessschritt elektrisch und mechanisch miteinander verbunden werden Fig. 16 zeigt ein Elektrodenschweißverfahren mit zwei Elektroden E, bei dem die Drahtabschnitte der Kopfenden elektrisch und mechanisch untereinander verbunden werden. Eine Hülse ist aufgrund der bereits abisolierten Kopfabschnitte nicht zwingend notwendig.

Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist das Einbringen eines auf einem Zweifinger- Wicklungshalter als Wendel aufgewickelten Backlackdrahtes in den Innenraum einer Drahtwendel, die auf einem Zweifinger-Wicklungshalter aufgenommen ist.

Zusätzliche Verfahrensschritte / Weitere Aspekte der Erfindung

Zusätzliche, jedoch nicht abschließend aufgezählte, Verfahrensschritte können beispielsweise ein Aufbringen einer Hauptisolationsschicht um die Formlitze herum sein, z.B. durch Extrudieren.

Auch können Formlitzen höherer Ordnung hergestellt werden. Dies bedeutet, dass Litzen mit Litzen zu einer neuen Litze (höherer Ordnung) verdrillt werden. Dies kann innerhalb des Verfahrensschritts„Verdrillen“ bewerkstelligt werden.

Vorzugsweise können die Umformeinrichtung, Abisoliereinrichtung und/oder Verdrilleinrichtung in einer Einrichtung zusammengefasst sein. So können insbesondere die Finger unterschiedliche Funktionen (Aufwickeln, Verdrillen, ...) aufweisen. Selbstverständlich können die Einrichtungen auch separat ausgestaltet sein.

Die Ausführungen sind generell nicht auf die Herstellung von Formlitzen mit Hülsen beschränkt. Die Ausführungen lassen sich, soweit nicht bereits angedeutet, analog auch auf Formlitzen ohne Hülsen anwenden.

Wie bereits oben ausgeführt, eignet sich die erfindungsgemäß hergestellte Formlitze vorteilhafterweise zur Herstellung eines Elektromotors, insbesondere dessen Stator S. Entsprechend können die Vorteile des erfindungsgemäßen Formlitzeherstellungsverfahrens für die Herstellung eines Elektromotors, insbesondere dessen Stator, ausgenutzt werden. In den Fig. 1 bis 3 ist hierzu beispielhaft ein Stator S eines Elektromotors dargestellt.

Insofern bietet sich die Verwendung von erfindungsgemäß hergestellter Formlitze in dem Stator S eines Elektromotors an.

Verfahren bzw. Verwendungen der vorbeschriebenen Art werden vorzugsweise in der Produktion von Elektromotoren, insbesondere in Fahrzeugen, eingesetzt. Bei dem Elektromotor handelt es sich vorzugsweise um einen Traktionsmotor für ein Kraftfahrzeug.

Bezugszeichenliste

Folgende Bezugszeichen werden in den Abbildungen verwendet:

F Formlitze

H 1 Hülse / Kopfende

H2 Hülse / Kopfende

D Drahtpaket

S Stator

R Drehachse

1 isolierter Draht

G teilweise abisolierter Draht

2 Umformeinrichtung, insbesondere Wicklungshalter

2.1 erster Finger

2.2 zweiter Finger

2.3 dritter Finger

2.4 vierter Finger

2.5 Innenraum / Einschubquerschnitt

2a Langseite

2 b Kurzseite

3 Abisoliereinrichtung, insbesondere Laser

4 Verdrilleinrichtung

5 Kompaktiereinrichtung, insbesondere Presse

6 Verklebemittelhalter

6.1 erster Finger

6.2 zweiter Finger

6.3 äußere räumliche Ausdehnung / Außenquerschnitt

7 Verklebemittel (Backlackdraht / Backlackband)

8 Aushärtevorrichtung