Elektrowerkzeuge – Akku-Bohrschrauber, Winkelschleifer, Kreissägen und Schlagschrauber – sind die Arbeitspferde auf Baustellen und in Heimwerkstätten gleichermaßen. Ihre Motoren müssen eine beeindruckende Leistung in einem kompakten, robusten Paket liefern, das Staub, Stößen und ständigen Überlastungen standhält. Das Herzstück jedes universellen oder bürstenlosen Gleichstrommotors in diesen Werkzeugen ist ein Stator, dessen Wicklungen ein Beweis für den Einfallsreichtum der Fertigung sind. Statorwickelmaschinen für die Herstellung von Elektrowerkzeugen wurden weiterentwickelt, um den extremen Anforderungen der Hochgeschwindigkeits- und Massenfertigung gerecht zu werden und gleichzeitig die für die Anwendung erforderliche Robustheit beizubehalten. In diesem Artikel wird untersucht, wie diese Spezialmaschinen die Leistung und Zuverlässigkeit ermöglichen, die Profis und Heimwerker erwarten.
Elektrowerkzeuge verwendeten traditionell Universalmotoren (in Reihe gewickelt), die sowohl mit Wechselstrom als auch mit Gleichstrom betrieben wurden. Diese Statoren bestehen aus ausgeprägten Polen, die mit Feldspulen umwickelt sind. Beim Wickelvorgang wird eine vordefinierte Anzahl von Windungen aus dickem Lackdraht um den Pol gewickelt, wobei jedes Polpaar in Reihe geschaltet wird, um die erforderliche Ausrichtung des Magnetfelds zu erzeugen. Typischerweise wird eine Statorwickelmaschine vom Flyertyp verwendet, bei der der Stator stationär gehalten wird, während ein rotierender Flyerarm jeden Pol umkreist und den Draht in sauberen Schichten ablegt. Die Herausforderung bei Universal-Motorstatoren ist der große Drahtquerschnitt – oft 0,8 mm bis 1,5 mm – der eine hohe Spannung und robuste Wickelköpfe erfordert, um ein Abknicken zu verhindern und eine dichte Verdichtung sicherzustellen.
Bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDC) erobern aufgrund ihrer höheren Effizienz und längeren Laufzeit schnell das Segment der Premium-Elektrowerkzeuge. Diese Statoren sind mit einer Innenbohrung und mehreren Schlitzen ausgestattet, in denen konzentrierte Wicklungen gebildet werden. Für innengeschlitzte BLDC-Statoren ist eine Nadelwickelmaschine das Werkzeug der Wahl. Die Nadel muss durch die schmale Schlitzöffnung navigieren, den Draht ziehen und ihn präzise an jedem Zahn positionieren. Angesichts der geringen Abmessungen des Stators eines Akku-Bohrmotors (manchmal nur 30–40 mm Durchmesser) muss die Statorwickelmaschine eine unglaubliche Miniaturisierung ihrer Wickelwerkzeuge erreichen und gleichzeitig mit Geschwindigkeiten arbeiten, die alle 30 Sekunden oder weniger einen Stator produzieren.
Motoren von Elektrowerkzeugen sind zwangsläufig leistungsstark. Benutzer verlangen Werkzeuge, die leicht und dennoch leistungsstark genug sind, um große Schrauben einzudrehen oder durch Stahl zu schleifen. Der Schlüssel zu dieser Leistungsdichte ist eine hohe Nutfüllung. Eine leistungsstarke Statorwickelmaschine für BLDC-Statoren verwendet ein aktives Spannsystem, das den Draht beim Einlegen in die Nut festzieht, gekoppelt mit einer Nadeloszillation, die den Draht Schicht für Schicht verdichtet. Nach dem Wickeln verfügen einige Maschinen über eine Nutpressstation, die die Endwicklungen und den Nutbereich mechanisch komprimiert, um die Nutfüllung noch weiter zu erhöhen – manchmal über 70 %. Das Ergebnis ist ein Motor, der für seine Größe das maximale Drehmoment erzeugt, die Widerstandserwärmung reduziert und die Laufzeit einer Batterieladung verlängert.
Aufgrund des kompakten Wickelraums besteht außerdem die Gefahr einer Überkreuzung der Drähte oder einer Abnutzung der Isolierung. Um dies zu mildern, verwenden moderne Statorwickelmaschinen Nadelspindeln mit Direktantrieben mit geringer Trägheit und einer ausgeklügelten Flugbahnplanung. Sie können abbremsen, bevor die Nadel die Schlitzkanten berührt, und die Wickelgeschwindigkeit variieren, während die Nadel den Zahn durchquert, wodurch scharfe Ecken vermieden werden. Das Einlegen des Isolierpapiers erfolgt häufig automatisiert und in die Wickelzelle integriert, um sicherzustellen, dass die Nutauskleidung perfekt positioniert ist, bevor die erste Drahtwindung verlegt wird.
Ein Elektrowerkzeug ist ständig Vibrationen und mechanischen Stößen ausgesetzt. Wenn eine Statorwicklung locker oder uneben ist, können die Drähte aneinander oder an den Nutwänden scheuern, was schließlich zu Kurzschlüssen von Windung zu Windung führen kann. Die Statorwickelmaschine bekämpft dies durch die Kompatibilität mit Tröpfchenharzimprägnierung. Die Wicklung muss so geformt sein, dass das Harz beim anschließenden Träufel- oder Schmelztauchvorgang tief in die Schlitze eindringen kann. Durch die kontrollierte Wickelspannung entstehen Mikrospalten, die sich ideal für die Kapillarwirkung eignen und eine vollständige Harzbindung gewährleisten. Nach dem Aushärten wird die Wicklung zu einem festen, monolithischen Block, der vibrationsbedingtem Abrieb widersteht.
Die Herstellung von Elektrowerkzeugen ist ein Spiel mit Margen und Mengen. Eine einzelne Fabrik kann jährlich mehrere Millionen Motoren produzieren. Statorwickelmaschinen werden in dieser Umgebung häufig in automatisierten Hochgeschwindigkeitslinien angeordnet. Sie verfügen über Indexiertische mit mehreren Stationen: Station eins lädt den Statorkern, Station zwei fügt die Isolierung ein, Station drei führt die Wicklung durch, Station vier prüft den elektrischen Widerstand und Hi-Pot und Station fünf entlädt. Mit einem solchen Aufbau kann eine einzelne Maschine eine Zykluszeit von 15–20 Sekunden pro Stator erreichen. Schnellwechselvorrichtungen ermöglichen den Wechsel zwischen verschiedenen Motormodellen innerhalb weniger Minuten. Das robuste Industriedesign dieser Wickelmaschinen gewährleistet einen kontinuierlichen Dreischichtbetrieb mit minimalen Wartungsunterbrechungen.
Statorwickelmaschinen für Elektrowerkzeuge sind auf absolute Präzision ausgelegt. Sie verarbeiten dicke Drähte, füllen enge Schlitze mit maximaler Kapazität und arbeiten mit unermüdlicher Geschwindigkeit, während sie gleichzeitig eine Wicklung erzeugen, die den widrigsten Bedingungen auf der Baustelle standhält. Mit der Umstellung von Elektrowerkzeugen von kabelgebundenen auf leistungsstarke kabellose Plattformen werden die Anforderungen an Statorwicklungen nur noch zunehmen. Die kontinuierliche Weiterentwicklung der Wickelmaschinentechnologie – schnellere Nadelbewegung, intelligentere Spannungssteuerung und tiefere Integration mit Harzsystemen – stellt sicher, dass das moderne Elektrowerkzeug in den Händen von Anwendern weltweit ein kompaktes Kraftpaket bleibt.
