-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines einen Ring aus mehreren in einer Ebene zusammengesetzten Segmenten aufweisenden ringförmigen Bauteils mit einer Flachmaterialzuführung, einer Trennvorrichtung zum Separieren der Segmente aus dem Flachmaterial und einem Fügeplatz zum Zusammensetzen der Segmente. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines in einer Ebene mehrere Segmente aufweisenden ringförmigen Bauteils.
-
Eine solche Vorrichtung und ein solches Verfahren sind beispielsweise aus
DE 100 13 690 A1 bekannt. Darin ist eine Vorrichtung mit einer Stanzvorrichtung für die Erzeugung von Blechteilsegmenten, einer Blechteilsegmentlagervorrichtung, die drehbar und/oder höhenverstellbar im Raum bewegbar ist, einer Stanzpaketiervorrichtung und/oder einer Klebevorrichtung und/oder einer Schweißvorrichtung beschrieben. Die Blechteilsegmente werden aus einem einzigen Blechband in eine Matrize gestanzt, die im Bereich um den oberen Totpunkt einer Presse mittels eines mechanischen Antriebs um einen bestimmten Winkel, der einem von dem Segment eingefassten Winkel entspricht, gedreht wird. Der Vorgang wird wiederholt, bis die erste Lage eines Stapels von Ringen fertiggestellt ist. Daraufhin wird die gesamte Matrize um einen bestimmten Winkel verschwenkt, um eine folgende Lage von Segmenten versetzt auf der vorherigen Lage anordnen zu können.
-
Ferner offenbart
DE 197 40 286 A1 ein aus mehreren Flachmateriallagen bestehendes Bauteil, zum Beispiel ein eine Außenverzahnung tragendes Zahnrad, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung. Aus einem einzigen Materialband soll hier eine Mehrzahl von Segmenten ausgestanzt oder feingeschnitten werden, welche Segmente anschließend durch Paketieren einer bestimmten Anzahl von Segmenten zu einer Flachmateriallage übereinander eine Baueinheit bilden sollen, wobei die innerhalb einer jeden Flachmateriallage zwischen den Segmenten vorhandenen Trennfugen nicht in einer Flucht übereinanderliegend angeordnet sein sollen, sondern zumindest zwischen einigen benachbarten Flachmateriallagen versetzt zueinander liegen sollen.
-
Darüber hinaus ist aus
DE 196 38 329 A1 ein Nocken bekannt, der eine Vielzahl von Materiallagen aufweist. Die Formgebung der einzelnen Materiallagen erfolgt durch Ausstanzen. Nockenprofilflächen benachbarter Materiallagen greifen bei dem Nocken ineinander.
-
Aus der
US 4,597,172 A sind ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, bei denen bogenförmig gestanzte Blechsegmente aus einer der Anzahl der Segmente entsprechenden Anzahl von Magazinen zu einer Stapelstation gefördert und dort zu einem geschlossenen Ring zusammengefügt werden.
-
Der Erfindung liegt zum einen die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei höherer Prozesssicherheit eine Verkürzung der Fertigungszeiten erlaubt. Zum anderen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren anzugeben, das die Fertigungszeit verkürzt.
-
Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst mit einer eingangs genannten Vorrichtung, bei der eine der Anzahl der Segmente entsprechende Anzahl von Flachmaterialzuführungen zu jeweils einer Trennvorrichtung und jeweils eine Segmentzuführfördereinrichtung zum Fördern der Segmente von den Trennvorrichtungen zum Fügeplatz vorgesehen ist. Durch die Zuführung des Flachmaterials und der Segmente von mehreren, der Anzahl der Segmente entsprechenden Seiten zum Fügeplatz, die gleichzeitig oder mit einem geringen Zeitversatz erfolgen kann, können die Segmente sowohl gleichzeitig aus dem jeweiligen Flachmaterial getrennt als auch in einem Arbeitsgang zum Ring gefügt werden. Insbesondere kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung das zeitaufwendige und die Prozesssicherheit gefährdende Verschwenken am Fügeplatz allein zum Zusammensetzen der Segmente entfallen. In besonders einfacher Weise ermöglicht die Erfindung ein Zusammenfügen der einzelnen Segmente mittels einfachen Stumpfstoßes. Darüber hinaus wird der Materialverschnitt mit der Erfindung besonders gering gehalten, da die jeweilige Flachmaterialform, insbesondere die Breite des Flachmaterials, eine beste Materialausnutzung gewährleistend in optimaler Abstimmung mit der Form der Segmente festgelegt werden kann. Ein weiterer Vorteil der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik besteht darin, dass Segmente aus unterschiedlichen Flachmaterialien mit einer einzigen Vorrichtung ohne etwaige Umrüstung zusammengesetzt werden können. Grundsätzlich ist die Vorrichtung zur Herstellung von mindestens zwei Segmente aufweisenden Ringen geeignet; zum Erzielen einer hohen Stabilität der Ringe und des diese aufweisenden Bauteils bei gleichzeitig guter Handhabungsmöglichkeit der Segmente hat es sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, wenn die Ringe aus vier Segmenten bestehen.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weisen die Trennvorrichtungen Schneidvorrichtungen auf. Das bietet sich insbesondere dann an, wenn das Flachmaterial ein Metall, insbesondere ein Blech, ist. Die Schneidvorrichtungen können für ein sehr kostengünstiges Trennverfahren bevorzugt so genannte Stanzen aufweisen.
-
Die Vorrichtung kann insbesondere auch dazu dienen, ein Bauteil herzustellen, das in einer geschichteten Anordnung mehrere vorgenannte Ringe aufweist, die jeweils aus mehreren Segmenten zusammengesetzt sind. Beispielsweise in einem solchen Fall ist es für eine Erhöhung der Stabilität des Bauteils von Vorteil, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung mit den Trennvorrichtungen Segmente unterschiedlicher Größe aus dem Flachmaterial separierbar sind. Das kann zum Beispiel auch zur Ausbildung spezieller Geometrien des Bauteils von Vorteil sein.
-
Man könnte sich vorstellen, dass das Flachmaterial in oder durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gezogen wird. Demgegenüber lässt sich ein besonders einfacher Maschinenaufbau verwirklichen, wenn gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Flachmaterialzuführungen eine Vorschubvorrichtung für das Flachmaterial aufweisen. Damit wird das Flachmaterial von außen her den Trennvorrichtungen zugeführt.
-
Von besonderem Vorteil ist es, den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dadurch weiter zu vereinfachen, dass vorgeschobenes Flachmaterial die Segmente in den Segmentzuführfördereinrichtungen zum Fügeplatz fördert. Auf diese Weise bedürfen die Segmentzuführfördereinrichtungen nicht eines zusätzlichen, separaten Antriebs, sondern der Antrieb der Vorschubvorrichtungen für die Flachmaterialzuführungen dient gleichzeitig als Antrieb für die Segmentzuführfördereinrichtungen.
-
Es ist grundsätzlich denkbar, Segmentzuführfördereinrichtungen und Flachmaterialzuführungen zu trennen und beispielsweise eine Materialübergabe zwischen den genannten Einrichtungen an den Trennvorrichtungen vorzusehen. Jedoch bildet gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung jeweils eine Segmentzuführfördereinrichtung eine Einheit mit einer Flachmaterialzuführung. In diese Einheiten kann ohne Unterbrechung des Materialflusses die jeweilige Trennvorrichtung vorzugsweise integriert sein.
-
Zum Beispiel ohne eine aufwendige Hebevorrichtung lässt sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein oben genanntes, mehrere geschichtete Ringe aufweisendes Bauteil einfach herstellen, wenn gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine den Fügeplatz aufweisende Fügevorrichtung vorgesehen ist und die Fügevorrichtung um eine der Dicke des Flachmaterials entsprechendes Höhe absenkbar ist.
-
Insbesondere bei in den Ringen gleichgroßen Segmenten ist es von Vorteil, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Fügevorrichtung um einen vorgebbaren Winkel kleiner 360° verschwenkbar ist. Auf diese Weise ist eine die Stabilität des Bauteils erhöhende Verzahnung benachbarter Ring-Lagen erreichbar.
-
Die oben zweitgenannte Aufgabe wird gelöst mit einem eingangs genannten Verfahren mit den zusätzlichen Verfahrensschritten, dass Flachmaterial über eine der Anzahl der Segmente in der Ebene entsprechende Anzahl von Flachmaterialzuführungen jeweils einer Trennvorrichtung zugeführt wird, dass die Trennvorrichtungen jeweils ein Segment aus dem Flachmaterial separieren, dass jeweils eine Segmentzuführfördervorrichtung die Segmente einem Fügeplatz zuführt und dass die Segmente am Fügeplatz zu einem Ring zusammengesetzt werden. Mit diesem Verfahren wird durch eine zeitlich parallele Materialzuführung entsprechend der Anzahl der Segmente eines in einer Ebene des Bauteils gebildeten Ringes eine signifikante Verkürzung der Fertigungszeit für das ringförmige Bauteil bei hoher Ausfallsicherheit erreicht.
-
Zwar kann das Separieren zusammengehöriger Segmente grundsätzlich zeitlich versetzt erfolgen; jedoch ist es für eine besonders kurze Fertigungszeit von Vorteil, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung das Separieren der jeweils zu einem Ring zusammenzufügenden Segmente in den Trennvorrichtungen gleichzeitig erfolgt.
-
Man könnte sich zum Fügen der Segmente beispielsweise einen Automaten vorstellen, der die Segmente am Fügeplatz greift und in der gewünschten Anordnung niederlegt. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das erfindungsgemäße Verfahren hingegen besonders einfach und ohne großen apparativen Aufwand für das Zusammensetzen der Segmente realisierbar, wenn das Zusammensetzen der Segmente durch deren Zusammenschieben am Fügeplatz auf den Mittelpunkt des von den Segmenten zu bildenden Ringes hin erfolgt.
-
Eines eigenen, beispielsweise motorischen, Antriebs bedürfen die Segmentzuführfördereinrichtungen vorteilhaft nicht, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung die Segmentzuführfördereinrichtungen von die Segmente nachschiebendem, von den Flachmaterialzuführungen gefördertem Flachmaterial gebildet werden.
-
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der am Fügeplatz zusammengesetzte Ring schneidend bearbeitet. Auf diese Weise die letzte Materialbearbeitung, zum Beispiel ein Stanzen einer Innenkontur des Ringes, am Fügeplatz erfolgen, was unter anderem zur Verkürzung der Materialwege und damit auch zu einer Verringerung des Raumbedarfs für das erfindungsgemäße Verfahren beiträgt.
-
Eine kontinuierliche Flachmaterialzuführung, die gleichzeitige eine gute Führung und eine definierte Orientierung des Flachmaterials gewährleistet, lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung dadurch erreichen, dass das Flachmaterial jeweils von einer Spule abgerollt und vor dem Zuführen zur jeweiligen Trennvorrichtung mit einem Fangloch versehen wird. Als Flachmaterial kann besonders einfach Metall in Form von so genannten Coils zum Einsatz kommen.
-
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird nach dem Zusammensetzen eines Ringes der Fügeplatz mit dem Ring in einer Fügevorrichtung um die Flachmaterialdicke abgesenkt, so dass ein leichtes und sicheres Schichten der Ringe zu einem Bauteil ermöglicht ist.
-
Eine Verzahnung der verschiedenen, insbesondere benachbarter, Schichten wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung dann auf einfache Weise ermöglicht, wenn die Fügevorrichtung mit dem zusammengesetzten Ring vor oder nach dem Absenken eine Schwenkbewegung um einen Winkel kleiner 360° um die Mittelachse des Ringes ausführt.
-
Vorzugsweise wird nach einer Weiterbildung der Erfindung auf dem zusammengesetzen Ring ein weiterer Ring ein Ringpaket mit dem ersten Ring bildend aus nachfolgenden Segmenten gebildet, so dass man ein aus mehreren Ringen bestehendes, ringförmiges Bauteil erhält, das vorteilhaft zum Beispiel ein Stator für eine elektrische Maschine ist.
-
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist ein Ausführungsbeispiel davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. In der Zeichnung zeigt in jeweils schematisierter Darstellung
-
1 eine Vorrichtung zum Herstellen eines einen Ring aus mehreren in einer Ebene zusammengesetzten Segmenten aufweisenden Bauteils in einer Seitenansicht,
-
2 einen Ausschnitt der Vorrichtung nach 1 in Draufsicht und
-
3 einen Stator für eine elektrische Maschine.
-
Sich jeweils entsprechende Bauteile sind in den 1 bis 3 mit gleichen Bezugszeichen versehen.
-
In 1 ist eine Vorrichtung 1 zum Herstellen eines als Stator 2 (siehe 3) für eine elektrische Maschine, insbesondere ein elektrisches Getriebe, ausgebildeten ringförmigen Bauteils 3 in einer Seitenansicht dargestellt. Der Stator 2 besteht aus mehreren Lagen oder Schichten 4 von Ringen 5 aus gestanztem Blech, die jeweils aus vier Segmenten 6, 7, 8, 9 zusammengesetzt sind. Die einzelnen Segmente 6, 7, 8, 9 aus Blech sind derart geformt, dass sie Nuten 10 zur Aufnahme einer Statorwicklung und Wasserkanalöffnungen 11, die durch den Stator 2 verlaufende Wasserkanäle bilden, sowie Öffnungen 12 für die Lagerung, Momentenabstützung und gegebenenfalls axialen Verschiebung des Stators 2 aufweisen.
-
Das Zusammensetzen der Segmente 6, 7, 8, 9 zu einem Ring 5 wird im einzelnen anhand von 2 deutlich: Eine der Anzahl (vier) der Segmente entsprechende Anzahl (vier) von Flachmaterialzuführungen, symbolisiert durch Vorschubpfeile 60, 70, 80, 90, bringt jeweils von einer Blechspule 13 (siehe 1, die der Übersichtlichkeit halber nur eine der Blechspulen 13 und eine Trennvorrichtung 62 zeigt), auch als Coil bezeichnet, als Blech abgerolltes Flachmaterial 61, 71, 81, 91 zu jeweils einer Trennvorrichtung 62 heran. Das Flachmaterial 61 wird jeweils mittels einer Vorschubvorrichtung 63 gefördert. Die Zuführung erfolgt somit nur durch Vorstoß des von den Blechspulen abgewickelten Flachmaterials. In der jeweiligen Trennvorrichtung 62 werden die Segmente 6, 7, 8, 9 aus dem Flachmaterial 61, 71, 81, 91 durch Stanzen separiert und über nachfolgende Segmentzuführfördereinrichtungen 64, 74, 84, 94 zu einem Fügeplatz 14 vorgeschoben. Der Vorschub erfolgt dabei über nachfolgendes Flachmaterial 61, 71, 81, 91 und, den zuletzt zum Ring 5 zusammengesetzten Segmenten 6, 7, 8, 9 nachfolgenden, bereits separierten Segmenten 6', 7', 8', 9', 6'', 7'', 8'', 9''.
-
Der Fügeplatz 14 ist Bestandteil einer Fügevorrichtung 15, die um einen Winkel von – in diesem Ausführungsbeispiel – 45° entgegen dem und im Uhrzeigersinn wechselweise zum Herstellen versetzte Segmente aufweisender Ringe in geschichteter Anordnung verschwenkbar ist, symbolisiert durch einen Doppelpfeil 16. Die Fügevorrichtung 15 ist zudem in einer Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene in Schritten entsprechend der Dicke des Flachmaterials 61, 71, 81, 91 absenkbar, so dass das Bauteil 3 als Stapel von Ringen 5 herstellbar ist. Aus der Fügevorrichtung 15 ist das Bauteil 3 gemeinsam mit vorher und nachfolgend entsprechend hergestellten Bauteilen mittels eines Transportbandes 17 abführbar.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Vorrichtung
- 2
- Stator
- 3
- Bauteil
- 4
- Schicht
- 5
- Ring
- 6, 6', 6''
- Segment
- 7, 7', 7''
- Segment
- 8, 8', 8''
- Segment
- 9, 9', 9''
- Segment
- 10
- Nute
- 11
- Wasserkanalöffnung
- 12
- Öffnung
- 13
- Blechspule
- 14
- Fügeplatz
- 15
- Fügevorrichtung
- 16
- Doppelpfeil
- 17
- Transportband
- 60
- Vorschubpfeil
- 61
- Flachmaterial
- 62
- Trennvorrichtung
- 63
- Vorschubvorrichtung
- 64
- Segmentzuführfördereinrichtung
- 70
- Vorschubpfeil
- 71
- Flachmaterial
- 74
- Segmentzuführfördereinrichtung
- 80
- Vorschubpfeil
- 81
- Flachmaterial
- 84
- Segmentzuführfördereinrichtung
- 90
- Vorschubpfeil
- 91
- Flachmaterial
- 94
- Segmentzuführfördereinrichtung
