Innovative Wickeltechnologien für Statorspulen zur Erhöhung des Füllfaktors und Reduzierung der Beanspruchungen im Wickelprozess

In der vorliegenden Arbeit werden mehrere Verfahren zur Herstellung von Statorwicklungen und zur Analyse dieser Prozesse entwickelt und untersucht. Das Nadelwickeln mit unterstützenden Wickelkappen als Modifikation des konventionellen Nadelwickelns ermöglicht höhere Füllfaktoren durch einen veränderten Verfahrweg der Wickelnadel, unterstützt durch speziell angepasste Wickelköpfe. Auf Basis experimenteller Nachweise der Machbarkeit werden Gestaltungsempfehlungen abgeleitet. Das Wickeln mit erwärmtem Draht ermöglicht reduzierte Hohlräume unter unrunden Statorwicklungen und somit eine verbesserte thermische Leitfähigkeit bei gleichzeitig reduzierter Zugkraft im Draht. Dazu wird der Draht im Wickelprozess induktiv erwärmt, so dass eine Erweichung des Kupfers sowie die reversible thermische Expansion des Drahts genutzt werden können. Im Bereich der Simulation von Wickelprozessen wird der Einfluss von Elementgrößen sowie der Streuung von Materialeigenschaften auf die Genauigkeit der Simulation untersucht und bewertet. In this thesis several technologies for manufacturing stator windings are developed and investigated and an analysis of these processes is performed. The needle winding with supporting winding caps as a modification of the conventional needle winding allows improved fill factors by a modified winding path of the winding needle, supported by specially adapted winding heads. Based on experimental feasibility studies, design recommendations are derived. The winding process with preheated wire allows reduced cavities under non-circular stator windings resulting in an improved thermal conductivity while allowing for reduced wire tensions. Therefor the wire is heated during the winding process, so that a softening of the copper as well as the reversible thermal expansion can be utilized. In the field of simulation of winding processes the impact of element sizes as well as the variation of material properties on the accuracy of simulation results is investigated and evaluated.