Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Wicklung einer Spule nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 .

Beim Herstellen einer Wicklung einer Spule sind verschiedene Verfahren bekannt . Beispielsweise bei der Flyerwickeltechnik wird ein elektrischer Leiter, beispielsweise ein Draht, mittels eines sogenannten Flyerarms um einen Statorzahn oder Rotorzahn geführt und um diesen gewickelt . Dabei erfolgt die Steuerung des Flyerarms nach einem fest eingestellten Ablauf , wobei der Flyerarm nur in Richtung des Verlegens des Drahtes , parallel zur Mantelfläche des Statorzahns bzw . Rotorzahns verschoben wird . Dies ermöglicht zwar einen schnellen und kostengünstigen Herstellungsprozess , hat j edoch den Nachteil , dass das Verlegen des Drahtes einer gewissen Statistik folgt, da die Wickelgeschwindigkeit i . d . R . sehr hoch ist, und der vergleichsweise dünne Draht in regelmäßiger Stapelreihenfolge nicht gewährleistet wird . In Folge variiert die verbrauchte Drahtlänge bei fertigen Wicklungen bei diesen Verfahren und der daraus resultierende Widerstand der Wicklung einer Spule streut um bis zu 8% .

Kommt eine solche Spule bei elektrischen Motoren, beispielsweise in elektrischen Motoren von Lüftern, zum Einsatz , wird zwar einerseits die genaue Windungszahl der Wicklung beim Wickeln erfasst und eine Charakterisierung des Motors dadurch möglich, andererseits variiert j edoch die Länge des Drahtes von Spule zu Spule wodurch diese unterschiedliche Betriebsparameter aufweisen und unter umständen zu viel Draht verwendet wird . Darüber hinaus erhöht sich bei einer zu hohen Drahtlänge der ohmsche Widerstand der Wicklung der Spule, was unnötige Wärmeverluste beim Betrieb erzeugt .

Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Verfahren zur Wicklung einer Spule bereit zu stellen, welches die reproduzierparbeit der Betriebsparameter verbessert und insbesondere das den Materialverbrauch bei der Herstellung von elektrischen Wicklungen von Spulen reduziert .

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst .

Im Sinne der Erfindung wird unter einem Flyer eine sich sehr schnell drehende Scheibe oder ein sich schnell drehender Arm zur Herstellung von Draht-Wicklungen von Spulen verstanden . Auch andere Arten von Führungen bei der Aufbringung von Wicklungen von Draht auf Spulen sind dabei denkbar .

Im Sinne der Erfindung umfasst eine Spule eine Wicklung aus einem Draht .

Weiterhin umfasst im Sinne der Erfindung eine Wicklung eine Vielzahl von Windungen in Form von j e einer Umrundung des Spulenkerns , z . B . des Statorzahns oder Rotorzahns mit einer Drahtschlaufe .

Die Erfindung sieht ein Verfahren zur Herstellung einer Wicklung einer Spule um ein Bauteil , z . B . einen Statorzahn oder Rotorzahn eines Elektromotors vor, wobei zur Herstellung der Wicklung mindestens ein Draht über mindestens einen, das Bauteil in einer Rotationsbewegung umkreisenden Arm oder dergleichen derart geführt wird, dass der Draht in aufeinanderfolgenden Windungen um das Bauteil gewickelt wird, wobei mindestens eine Bilderfassungseinrichtung und/oder mindestens eine Rechnereinheit Informationen über den Verlauf bereits gewickelter Windungen bereitstellen, wobei der Arm derart in einer zur umkreisenden Rotationsbewegung verschiedenen Bewegungsart dynamisch gesteuert wird, dass die mit der Bewegung aufgebrachte aktuelle Windung einem gegenüber bereits vorher aufgebrachten Nachbarwindungen optimierten ermittelten Windungsverlauf folgt .

Um Vorteile einer Wickeltechnik mittels Flyerarme zu erhalten und gleichzeitig den Materialbedarf an Draht zu senken wird ein Freiheitsgrad zur Minimierung der Drahtlänge geschaffen . Dieser Freiheitsgrad ist die Führung der Flyerarme . Diese werden nicht nach einem festen Muster, beispielsweise in der Art eines Hin- und Herführens geführt, sondern so, dass das Fallen der Windung mittels einer Bilderfassungseinrichtung erfasst und die Bewegung der Flyerarme dynamisch gesteuert wird . Der Draht kann dadurch den kürzesten Weg um den Zahn des Stators oder Rotors nehmen .

Vorteilhaft ist, dass das Wickeln des Drahtes sehr schnell erfolgen kann, was die Kosten eines Fertigungsprozess , beispielsweise mittels Verringerung der entsprechenden Durchlaufzeit, reduzieren kann . Dadurch, dass der Windungsverlauf j edoch stets optimiert wird, kann Material bei dem Fertigungsprozess eingespart werden, was ebenfalls zu einer Kostenreduktion führen kann .

Bevorzugt wird von der bereits gewickelten Windung auf die neu zu legende Windung geschlossen . Im Falle einer von dem gewünschten Muster nur geringen Abweichung, die durch einen hohen Zeitbedarf korrigiert werden müsste, wird nach einem vorgegebenen Muster gewickelt, was den gesamten Zeitbedarf bei der Herstellung der Wicklung der Spule verringern kann .

Darüber hinaus kann eine optimierte Drahtlänge bei Betreiben der Wicklung der Spule, beispielsweise innerhalb eines elektrischen Motors , die elektrischen Verluste reduzieren und der Motor somit effizienter und kostengünstiger eingesetzt werden .

Weiterhin kann die Betriebssicherheit des Motors gesteigert werden, da es zur Bestimmung der Rotorlage bei drehgeberlosen Verfahren notwendig ist, Kenntnis über die genauen Parameter des elektrischen Motors , insbesondere der Spulen zu haben .

Das Nutzen einer Bilderfassungseinrichtung zur Gewinnung der Daten ist bei den im Herstellungsprozess auftretenden hohen Geschwindigkeiten von Vorteil , da schnell und kontaktlos Daten erfasst werden können .

Weiterhin ist vorgesehenen, dass der optimierte Windungsverlauf durch individuelle Auswertung der Daten der Bilderfassungseinrichtung und/oder individuelle Berechnungen aus der Rechnereinheit ermittelt wird .

Dies ermöglicht der Steuerung, bedarfsgemäß auf die Informationen der Recheneinheit und/oder die Daten der Bilderfassungseinrichtung zurück zugreifen . Dabei erhöht die Flexibilität im Herstellungsprozess und kann zu besseren Ergebnissen im Hinblick auf Minimierung der Länge des verwendeten Drahtes und/oder Minimierung der Dauer des Herstellungsprozesses führen . Durch die vorzugsweise individuelle Auswertung bzw . Berechnung werden zwar entsprechende Rechnerkapazitäten benötigt, es können aber dafür unmittelbare Steueranweisungen für den Einzelfall generiert werden, die eine erhöhte Prozesssicherheit beim beschriebenen Verfahren bereit stellen .

Weiterhin ist vorgesehen, dass die Bilderfassungseinrichtung Informationen über den Verlauf der bereits gewickelten Windungen derart auswertet, dass der tatsächliche Umfang einzelner Windungen ermittelt wird .

Vorteilhaft ist hierbei , dass der tatsächliche Umfang einzelner Windungen eine Größe ist, die schnell mittels der Bilderfassungseinrichtung ermittelt werden kann . Aus der Kenntnis des Umfangs lässt sich mittels einfacher Formeln die bereits verwendete Drahtlänge zügig berechnen, was den Zeitaufwand der Rechenleistung der Steuerung und somit des Herstellungsprozesses verringern kann .

Weiterhin ist vorgesehen, dass der optimierte Windungsverlauf als Verlauf der aktuellen Windung mit dem kleinstmöglichen Umfang gegenüber den Nachbarwindungen verläuft .

Ein kleinstmöglicher Umfang reduziert die verwendete Drahtlänge und kann somit vorteilhaft bei der Einsparung von Material beim Herstellungsprozess sein .

Weiterhin ist vorgesehen, dass der optimierte Windungsverlauf als Verlauf mit der geringstmöglichen radialen Stapelanzahl an Windungen gegenüber den Nachbarwindungen verläuft .

Dies begünstigt ein Aufbringen des Drahtes in flächiger Ausdehnung, gegenüber dem Aufbringen des Drahtes in radialer Ausdehnung, z . B . als Stapel . Vorteilhaft ist hierbei , dass dies zu einer kompakten und dichteren Wicklung mit entsprechend geringerer Drahtlänge führt . Eine Anhäufung von Windungen an bestimmten Stellen der Spule, insbesondere des Statorzahns oder Rotorzahns , und somit eine lokale Verdickung der Wicklung, kann dadurch vermieden werden .

Weiterhin ist vorgesehen, dass der optimierte Windungsverlauf als Verlauf mit einer möglichen Sprungweite zur vorhergegangenen Windung, gegenüber den Nachbarwindungen gewichtet wird .

Das Begünstigen der Herstellung der Wicklung in flächiger Ausdehnung kann ein Abschätzen einer Sprungweite dahingehend erfordern, als dass eine zu große Sprungweite zwar die Lage der aufzubringenden Windung verbessert, hingegeb aber die verwendete Drahtlänge unnötig erhöht . Wie weit die nächste Windung entfernt sein darf muss daher gegenüber verschiedenen Alternativen abgewogen werden . Mittels einer Gewichtung der verschiedenen Möglichkeiten zur Lage einer Windung, kann sich schnell für einen optimierten Verlauf der weiteren Windung entschieden werden und die benötigte Drahtlänge reduziert werden .

Weiterhin ist vorgesehen, dass die Rechnereinheit eine Speichereinheit umfasst und Informationen über Wicklungen früher hergestellter Spulen, nämlich Wickelszenarien fertiger Wicklungen speichert, wobei die Informationen aus der Steuerung des Arms und/oder aus der Bilderfassungseinrichtung gewonnen werden und insbesondere weitere Daten in Form der erzielten physikalischen Parameter, wie z . B . Drahtlänge, Widerstand, magnetische Durchflutung der gewickelten Spule etc . erfasst und dem Wickelszenario zugeordnet gespeichert werden .

Hierdurch können die Daten, die im Zuge des Fertigungsprozesses bereits gefertigter Spulen angefallen sind, in den Fertigungsprozess zukünftig herzustellender Spulen einfließen . Durch den Einsatz daraus resultierender Lerneffekte, insbesondere einer diesbezüglichen künstlichen Intelligenz kann die Entscheidungsfindung der Windungsverläufe im Herstellungsprozess mit der Herstellung j eder weiteren Spule stetig verbessert werden .

Weiterhin ist vorgesehen, dass die Rechnereinheit Informationen über Wicklungen früher hergestellter Spulen, nämlich Wickelszenarien fertiger Wicklungen umfasst, wobei der optimierte Windungsverlauf durch Auswertung früherer Wickelszenarien gewichtet ermittelt wird .

Hierdurch fließen zusätzlich zu den Daten, die während der Herstellung der Wicklung der Spule angefallen sind, die Daten der bereits gefertigten Spulen nach Abschluss ihres Fertigungsprozesses in die Entscheidungsfindung insbesondere einer diesbezüglichen künstlichen Intelligenz ein . Der Herstellungsprozess der zukünftig herzustellenden Spulen kann dadurch verbessert werden .

Weiterhin ist vorgesehen, dass die Berechnung des gegenüber bereits vorher aufgebrachten Nachbarwindungen optimierten ermittelten Windungsverlaufs in Echtzeit, vorzugsweise für j ede folgende Windung unmittelbar vor deren Aufbringung erfolgt .

Die Berechnung in Echtzeit ermöglicht einen schnelleren und einen in j edem Zeitpunkt flexiblen Herstellungsprozess , wodurch Kosten eingespart werden können .

Weiterhin ist vorgesehen, dass die Rechnereinheit eine künstliche Intelligenz umfasst, welche den gegenüber bereits vorher aufgebrachten Nachbarwindungen optimierten ermittelten Windungsverlauf gewichtet und beeinflusst . Hierdurch wird ermöglicht, dass die Recheneinheit eigenständig Probleme erkennen, bearbeitet und lösen kann . Durch einen stetigen Lernprozess der Rechnereinheit können Zusammenhänge des Herstellungsprozesses der Wicklung der Spule die nicht offensichtlich sind frühzeitig und schneller erkannt werden . Hieraus können selbständig Schlüsse gezogen und darauf aufbauend verbesserte Entscheidungen insbesondere in einer diesbezüglichen künstlichen Intelligenz in den Herstellungsprozess eingearbeitet werden .

Weiterhin ist vorgesehen, dass eine Vorsteuerung der Bewegung des Wickelarms , insbesondere der Wickelarme beim Beginn der Herstellung einer Wicklung auf der Basis von Informationen aus früher fertiggestellten Wicklungen, insbesondere auf der Basis früherer Wickelszenarien erfolgt .

Hierdurch kann das Wickeln derart beschleunigt werden, dass zeitintensive Berechnungen zur Messung der Drahtverläufe verringert und durch ein erlerntes Muster zur Bewicklung ersetzt werden .

In anderen Worten wird stets von einer bereits gewickelten Windung auf eine neu zu legende Windung geschlossen . Liegt eine Abweichung von einem vorgegebenen Wickelmuster vor, wird diese Abweichung zu Gunsten einer Materialersparnis korrigiert . Würde die Korrektur j edoch einen zu hohen Zeitaufwand bedeuten, wird weiter nach vorgegebenem Wickelmuster gewickelt .

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in den Zeichnungen anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben .

Hierbei zeigen Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung der Bewicklung eines Statorzahns oder Rotorzahns und

Figur 2 ein Flussdiagramm in dem der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt ist .

Figur 1 zeigt schematisch einen Statorzahn oder Rotorzahn ( 4 ) um den ein Draht zur Erzeugung einer Wicklung gelegt wird . Auf die bereits gewickelten Windungen ( 3 ) folgt eine neu zu legende Windung ( 1 ) . Ein in seiner Bewegung gesteuerter Flyerarm (nicht dargestellt) sorgt dafür, dass die neu zu legende Windung ( 1 ) einer Relativbewegung ( 2 ) derart folgt, dass sie an einer Stelle auf dem Zahn zum Liegen kommt die trotz der ansatzweise statistischen „wilden" Wickeltechnik, zu Gunsten einer minimierten Drahtlänge und eines schnellen Herstellungsverfahrens , optimiert ist . Um diese optimierte Stelle zu bestimmen und den Flyerarm entsprechend dynamisch zu steuern, wird das Ablegen der neu zu legenden Windung ( 1 ) , sowie die bereits gewickelten Windungen ( 3 ) der Spule mittels einer Bilderfassungseinrichtung (nicht dargestellt) aufgenommen und ausgewertet . Die Berechnung des zu j edem Zeitpunkt optimalen Verlaufs des Drahtes erfolgt unter Zuhilfenahme einer künstlichen Intelligenz . Diese nutzt Messdaten, beispielsweise bezüglich des Drahtwiderstandes bereits gewickelter Spulen, um dynamisch zu lernen und ihre Entscheidungen zu verbessern .

In Figur 2 ist ein Flussdiagramm dargestellt anhand dessen das erfindungsgemäße Verfahren erläutert wird .

(5 ) Zunächst erfasst eine Bilderfassungseinrichtung den Drahtverlauf bereits gewickelter Windungen im Nachbarbereich einer neu zu legenden Windung . (6) Im Anschluss daran findet eine Auswertung eines Bildes der Bilderfassungseinrichtung und/oder von Daten über bereits gewickelte Windungen statt. Dies erzeugt eine Kenntnis über den tatsächlichen Umfang der bereits gewickelten Windungen (3) (in Figur 1 dargestellt) im Nachbarbereich einer neu zu legenden Windung (2) (in Figur 1 dargestellt) .

(7) Anschließend findet eine Berechnung des zu erwartenden

Umfangs der neu zu legenden Windung (2) (in Figur 1 dargestellt) .

(8) Nunmehr erfolgt eine dynamische Steuerung der Flyerarme zum optimalen Verlegen der neu zu legenden Windung unter minimiertem Umfang, (9) als auch eine Datenerfassung für spätere Windungen.

(10) Dieser gesamte Ablauf wiederholt sich für jede weitere Windung .

Bezugszeichenliste :

1 neu zu legende/aktuelle Windung

2 Relativbewegung durch Flyerarm 3 bereits gewickelte Windungen

4 Statorzahn oder Rotorzahn

5 Erfassung des Drahtverlaufs

6 Bildauswertung

7 Berechnung des zu erwartenden Umfangs 8 Steuerung der Flyerarme

9 Datenerfassung für spätere Windungen

10 Wiederholung für j ede weitere Windung