DE-102024132530-A1 - Steckspulenanordnung, Stator und Verfahren sowie Werkzeug für das Bearbeiten einer Steckspulenanordnung eines Stators eines elektromechanischen Wandlers

Abstract

Verfahren und Werkzeug (42) zum Bearbeiten einer Steckspulenanordnung (28) sowie eine Steckspulenanordnung (28) und ein Stator (10) mit einer solchen.

Inventors

• Florian Bartsch
• Michael Zurhorst

Assignees

• GEHRING TECHNOLOGIES GMBH + CO. KG

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241107

Claims (15)

1. Verfahren zum Bearbeiten einer Steckspulenanordnung eines Stators (10) oder eines Rotors eines elektromechanischen Wandlers, wobei die Steckspulenanordnung aus einer Mehrzahl von Steckspulen (18) gebildet wird, wobei das Verfahren umfasst: - Anordnen der Steckspulen (18) in einer Umfangsrichtung verteilt auf mehreren konzentrisch zueinander angeordneten Kreisbahnen (22) oder auf Abschnitten von konzentrischen Kreisbahnen (22), so dass freie Enden (20) der Steckspulen (18) radial ausgerichtete Reihen (24) bilden, und - Separieren von zumindest einem freien Ende (32) einer radial ausgerichteten Reihe (24) von einem weiteren freien Ende (34) der radial ausgerichteten Reihe (24) durch Bewegen eines Werkzeugs (42) entlang einer Trajektorie (90), die einen ersten Abschnitt (88), einen zweiten Abschnitt (96) und einen dritten Abschnitt (100) aufweist, - wobei während der Bewegung des Werkzeugs (42) entlang des ersten Abschnitts (88) der Trajektorie (90) das zu separierende freie Ende (32) von dem weiteren freien Ende (34) mittels des Werkzeugs (42) weg gebogen wird, so dass sich ein Spalt (94) zwischen einem End-Abschnitt (30) der Steckspule (18), die das zu separierende freie Ende (32) aufweist, und einem End-Abschnitt (30) der Steckspule (18), die das weitere freie Ende (34) aufweist, ausbildet oder ein bereits vorhandener Spalt vergrößert wird, - wobei während der Bewegung des Werkzeugs (42) entlang des zweiten Abschnitts (96) der Trajektorie (90) der End-Abschnitt (30) der Steckspule (18), die das zu separierende freie Ende (32) aufweist, zwischen einer ersten Kontaktfläche (58) des Werkzeugs (42) und einer zweiten Kontaktfläche (60) des Werkzeugs (42) angeordnet wird, - wobei während der Bewegung des Werkzeugs (42) entlang des dritten Abschnitts (100) der Trajektorie (90) das zu separierende freie Ende (32) unter plastischer Verformung der Steckspule (18), die das zu separierende freie Ende (32) aufweist, von dem weiteren freien Ende (34) weg gebogen wird, - wobei sich die Richtung des zweiten Abschnitts (96) der Trajektorie (90) von der Richtung des ersten Abschnitts (88) der Trajektorie (90) und/oder der Richtung des dritten Abschnitts (100) der Trajektorie (90) unterscheidet.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , - wobei das Anordnen der Steckspulen (18) derart erfolgt, dass das zu separierende freie Ende (32) eine Stufe zu dem weiteren freien Ende (34) bildet, - wobei die Steckspule (18), die das zu separierende freie Ende (32) aufweist, durch das Bilden der Stufe zu dem weiteren freien Ende (34) einen seitlichen Kontaktabschnitt (38) aufweist, gegen den das Werkzeug (42) während der Bewegung entlang des ersten Abschnitts (88) der Trajektorie (90) drückt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , - wobei das Anordnen der Steckspulen (18) derart erfolgt, dass das zu separierende freie Ende (32) einer radial ausgerichteten Reihe (24) über zwei zu ihm benachbarten freien Enden (20, 34) der radial ausgerichteten Reihe (24) hinausragt.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, - wobei das Anordnen der Steckspulen (18) derart erfolgt, dass jedes zweite freie Ende (20) einer radial ausgerichteten Reihe (24) ein zu separierendes freies Ende (32) ist.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, - wobei während der Bewegung des Werkzeugs (42) entlang des zweiten Abschnitts (96) der Trajektorie (90) die erste Kontaktfläche (58) entlang des End-Abschnitts (30) der Steckspule (18), die das zu separierende freien Ende (32) aufweist, gleitet.
6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, - wobei der erste Abschnitt (88) der Trajektorie (90) und der dritte Abschnitt (100) der Trajektorie (90) parallel zueinander verlaufen.
7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, - wobei der zweite Abschnitt (96) der Trajektorie (90) senkrecht zu dem ersten Abschnitt (88) der Trajektorie (90) und/oder senkrecht zu dem dritten Abschnitt (100) der Trajektorie (90) verläuft.
8. Steckspulenanordnung (28) eines Stators (10) oder eines Rotors eines elektromechanischen Wandlers, aufweisend: - eine Mehrzahl von Steckspulen (18), die in einer Umfangsrichtung verteilt auf mehreren konzentrisch zueinander angeordneten Kreisbahnen (22) oder auf Abschnitten von konzentrischen Kreisbahnen (22) angeordnet sind, so dass freie Enden (20) der Steckspulen (18) radial ausgerichtete Reihen (24) bilden, - wobei jede radial ausgerichtete Reihe (24) zumindest ein freies Ende (34) aufweist, das von einem weiteren freien Ende (34) der radial ausgerichteten Reihe (24) zu separieren ist, - wobei das zu separierende freien Ende (32) und das weitere freie Ende (34) zueinander benachbart angeordnet sind, - wobei das zu separierende freien Ende (32) über zwei zu ihm benachbarten freien Enden (20, 34) der radial ausgerichteten Reihe (24) hinausragt.
9. Steckspulenanordnung (28) nach Anspruch 8 , - wobei jedes zweite freie Ende (20) einer radial ausgerichteten Reihe (24) ein zu separierendes freies Ende (32) ist.
10. Steckspulenanordnung (28) nach Anspruch 8 oder 9 , - wobei jede radial ausgerichtete Reihe (24) eine Mehrzahl von freien Enden (20) aufweist, die jeweils von einem weiteren freien Ende (34) der radial ausgerichteten Reihe (24) zu separieren sind, - wobei eine Höhenlage der zu separierenden freien Enden (32) einer radial ausgerichteten Reihe (24) mit abnehmenden Durchmesser der Kreisbahnen (22) abnimmt.
11. Werkzeug (42) für das Bearbeiten einer Steckspulenanordnung eines Stators (10) oder eines Rotors eines elektromechanischen Wandlers, wobei die Steckspulenanordnung aus einer Mehrzahl von Steckspulen (18) gebildet ist, wobei das Werkzeug (42) aufweist: - einen länglichen Aufnahmeraum (44), der sich entlang einer Längsrichtung (46) erstreckt und in dem ein End-Abschnitt (30) einer Steckspule (18) einsetzbar ist, - ein erstes Anschlags-Element (54), das eine Kontaktfläche (58) für das Kontaktieren des in dem Aufnahmeraum (44) eingesetzten End-Abschnitts (30) bildet, und - ein zweites Anschlags-Element (56), das eine Kontaktfläche (60) für das Kontaktieren des in dem Aufnahmeraum (44) eingesetzten End-Abschnitts (30) bildet, - wobei die Kontaktfläche (58) des ersten Anschlags-Elements (54) und die Kontaktfläche (60) des zweiten Anschlags-Elements (56) den länglichen Aufnahmeraum (44) begrenzen, - wobei die Kontaktfläche (58) des ersten Anschlags-Elements (54) und die Kontaktfläche (60) des zweiten Anschlags-Elements (56) einander gegenüberliegend und in der Längsrichtung (46) versetzt zueinander angeordnet sind.
12. Werkzeug (42) nach Anspruch 11 , - wobei ein Quer-Abstand (62) zwischen der Kontaktfläche (58) des ersten Anschlags-Elements (54) und der Kontaktfläche (60) des zweiten Anschlags-Elements (56) in einer zu der Längsrichtung (46) orthogonalen Querrichtung kleiner ist als ein Längs-Abstand (64) zwischen der Kontaktfläche (58) des ersten Anschlags-Elements (54) und der Kontaktfläche (60) des zweiten Anschlags-Elements (56) in der Längsrichtung (46).
13. Werkzeug (42) nach Anspruch 11 oder 12 , - wobei das erste Anschlags-Element (54) zylinderförmig ausgebildet ist, und/oder - wobei das zweite Anschlags-Element (56) zylinderförmig ausgebildet ist.
14. Werkzeug (42) nach Anspruch 13 , - wobei das erste Anschlags-Element (54) einen Durchmesser mit einem Betrag von größer als oder gleich 0,75 mm aufweist, und/oder - wobei das zweite Anschlags-Element (56) einen Durchmesser mit einem Betrag von größer als oder gleich 0,75 mm aufweist.
15. Stator (10), dadurch gekennzeichnet , dass er eine Steckspulenanordnung (28) nach einem der Ansprüche 8 bis 10 umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Steckspulenanordnung, einen Stator mit einer solchen und ein Werkzeug, die jeweils für das Bearbeiten einer Steckspulenanordnung eines Stators eines elektromechanischen Wandlers ausgebildet sind. Elektromechanische Wandler werden verwendet um elektrische Leistung in mechanische Leistung umzusetzen oder umgekehrt, Beispiele sind ein Elektromotor und ein Generator. Für das Umsetzen oder Umwandeln von elektrischer Leistung in mechanische Leistung weist der elektromechanische Wandler einen Rotor und einen Stator auf. Typischerweise weist der Rotor zumindest einen Dauermagneten und der Stator zumindest eine Leiterspule auf. Bei einem Motor kann die Leiterspule mit elektrischem Strom beaufschlagt werden, so dass der elektrische Strom die Leiterspule durchfließt und dabei ein Magnetfeld erzeugt. Das Magnetfeld kann derart auf den Dauermagneten wirken, dass der Rotor eine Bewegung ausführt. Der Stator bildet das stationäre Gegenstück zum rotierenden Rotor. Denkbar ist aber auch eine alternative Ausführung des elektromechanischen Wandlers, bei der der Stator den Dauermagneten aufweist und der Rotor die Leiterspule. Traditionell werden die Leiterspulen durch Wicklungen von Drähten um einen Eisenkern gebildet. Diese Methode weist jedoch Nachteile in Bezug auf die Effizienz, Produktionsgeschwindigkeit und Präzision auf. In den letzten Jahren hat sich eine Steckspulen-Technologie, oder auch als Hairpin-Technologie bezeichnet, als vielversprechende Alternative zu den traditionellen Wickeltechniken herausgestellt. Steckspulen können als gerade Drahtabschnitte oder in Form von Hairpins als vorgeformte Drahtabschnitte ausgebildet sein, die in speziellen Formen, häufig in einer U-förmigen Form, gebogen sind. Die Steckspulen werden für das Bilden von Leiterspulen in Nuten eines Kerns des Stators eingesetzt. Diese Technik ermöglicht eine präzise und gleichmäßige Anordnung der Leiter, die maschinell einfach fertigbar ist. Die Verwendung von Hairpins bietet eine Reihe von Vorteilen, darunter eine erhöhte Packungsdichte, eine verbesserte Wärmeableitung und eine automatisierte Fertigungsfähigkeit, die zu einer Reduzierung der Produktionskosten und -zeit führt. Zudem ermöglichen Hairpins eine höhere mechanische Festigkeit und eine bessere Anpassung an verschiedene Statorgeometrien. Während des Herstellungsprozesses eines Stators basierend auf der Steckspulen bzw. Hairpin-Technologie werden die Hairpins in einen Kern des Stators eingesetzt. Die Hairpins sind entlang mehreren konzentrisch zueinander angeordneten Kreisbahnen angeordnet, die sich in ihren Durchmessern voneinander unterscheiden. Um die einzelnen Leiterspulen zu bilden, werden die freien Enden der Hairpins einer Kreisbahn relativ zu den freien Enden der Hairpins einer weiteren Kreisbahn verdreht. Typischerweise werden die freien Enden kreisbahnabhängig abwechselnd gegen den Uhrzeigersinn und mit dem Uhrzeigersinn gegeneinander verdreht, bis die freien Enden, die miteinander zu verschweißen sind, nebeneinander angeordnet sind. Das Verdrehen der freien Enden der Hairpins bzw. Steckspulen relativ zueinander kann mittels eines Verdreh- bzw. Twist-Werkzeugs erfolgen, in welches die freien Enden der Hairpins eingesetzt werden. Um die freien Enden kollisionsfrei in das Twist-Werkzeug einzusetzen ist oft ein Mindestabstand zwischen den freien Enden erforderlich. Allerdings sind die freien Enden nach dem Einsetzen der Hairpins in den Kern häufig in radialer Richtung dicht nebeneinander angeordnet und meistens ist der erforderliche Mindestabstand für das kollisionsfreie Einsetzen der freien Enden in das Twist-Werkzeug nicht eingehalten. Daher werden die freien Enden vor dem Einsetzen in das Twist-Werkzeug voneinander separiert oder aufgefächert. Durch das Separieren oder Auffächern wird sichergestellt, dass der für das Twist-Werkzeug vorausgesetzte Mindestabstand zwischen den freien Enden vorhanden ist. Für das Separieren oder Auffächern der freien Enden in radialer Richtung wird oft ein Werkzeug verwendet, das zwischen zwei benachbarten freien Enden mittels einer Bewegung in einer Richtung, die parallel zu einer Längsachse des Stators ausgerichtet ist, gedrückt wird. Dabei werden die beiden benachbarten freien Enden elastisch voneinander weg gebogen, bis das Werkzeug zwischen den beiden benachbarten freien Enden positioniert ist. Durch das Positionieren des Werkzeugs kann ein End-Abschnitt eines der beiden Hairpins oder beide End-Abschnitte der beiden Hairpins in einer Tasche oder in einer Öffnung des Werkzeugs aufgenommen werden. Anschließend führt das Werkzeug eine in radialer Richtung gerichtete Bewegung aus. Dabei wird die Steckspule bzw. der Hairpin, welcher abschnittsweise von der Tasche oder Öffnung aufgenommen ist, plastisch verformt. Durch die plastische Verformung in radialer Richtung werden die freien Enden voneinander separiert oder aufgefächert. Allerdings kann aufgrund von Toleranzen im Herstellungsprozess die Positionen de