DE102018108656A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Biegen von Draht in eine 3-dimensionale Form für die Herstellung von Maschinenelementen elektrischer Maschinen - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Biegen von Draht in eine 3-dimensionale Form für die Herstellung von Maschinenelementen elektrischer Maschinen Download PDF

Info

Publication number
DE102018108656A1
DE102018108656A1 DE102018108656.3A DE102018108656A DE102018108656A1 DE 102018108656 A1 DE102018108656 A1 DE 102018108656A1 DE 102018108656 A DE102018108656 A DE 102018108656A DE 102018108656 A1 DE102018108656 A1 DE 102018108656A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
wire
bending
pivoting
holding
bend
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102018108656.3A
Other languages
English (en)
Inventor
Matthias Hofmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Grob Werke GmbH and Co KG
Original Assignee
Grob Werke GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Grob Werke GmbH and Co KG filed Critical Grob Werke GmbH and Co KG
Priority to DE102018108656.3A priority Critical patent/DE102018108656A1/de
Publication of DE102018108656A1 publication Critical patent/DE102018108656A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/04Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of windings, prior to mounting into machines
    • H02K15/0414Windings consisting of separate elements, e.g. bars, hairpins, segments, half coils
    • H02K15/0421Windings consisting of separate elements, e.g. bars, hairpins, segments, half coils consisting of single conductors, e.g. hairpins
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21FWORKING OR PROCESSING OF METAL WIRE
    • B21F1/00Bending wire other than coiling; Straightening wire
    • B21F1/008Bending wire other than coiling; Straightening wire in 3D with means to rotate the wire about its axis

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacture Of Motors, Generators (AREA)

Abstract

Eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Biegen von Draht in eine 3-dimensionale Form für die Herstellung von Maschinenelementen elektrischer Maschinen, insbesondere Statoren, umfasst ein erstes Halteelement (10) und ein zweites Halteelement (20) zum Halten eines Drahts (1) an zwei Drahtabschnitten. Mit einer Einrichtung (30) wird ein Haltelement (20) gegenüber dem anderen Halteelement (10) verschwenkt, um den Draht (1) zu biegen und einen Winkel zwischen den beiden Drahtabschnitten zu erzeugen. Mit einer Einrichtung (40) wird eines der Halteelemente (20) gedreht, um zusätzlich eine Torsion zu erzeugen. Eine Biegeeinheit (50) dient zur Ausübung einer Kraft auf den Draht (1) zwischen den beiden Halteelementen (10, 20), um dessen Biegung weiter auszuformen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Biegen von Draht in eine 3-dimensionale Form für die Herstellung von Maschinenelementen elektrischer Maschinen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Biegen von Draht in eine 3-dimensionale Form für die Herstellung von Maschinenelementen elektrischer Maschinen.
  • Die Vorrichtung und das Verfahren sind insbesondere zur Biegung von Hairpins für Statoren von Elektromotoren geeignet.
  • Unter elektrischen Maschinen werden insbesondere Maschinen zum Umwandeln elektrischer Energie in Bewegungsenergie und Maschinen zum Umwandeln von Bewegungsenergie in elektrische Energie verstanden. Insbesondere sind darunter Elektromotoren und Generatoren zu verstehen.
  • Zur Herstellung von Maschinenelementen derartiger elektrischer Maschinen, wie beispielsweise Statoren oder Rotoren, ist es in vielen Fällen erforderlich, elektrisch leitende Drähte zu formen, miteinander zu verbinden, zu schneiden, oder auf sonstige Weise zu verarbeiten. Der Draht kann dabei insbesondere auch einen rechteckigen Querschnitt haben, als Flach-, Vierkant oder Profildraht ausgestattet sein, oder zum Beispiel als Flachbandstahl oder ähnliches vorliegen.
  • Bei der Herstellung von Elektromotoren für Kraftfahrzeuge werden zumeist Produktionsverfahren angewendet, die eine besonders wirtschaftliche Fertigung leistungsfähiger Bauteile für Elektromotoren ermöglichen. Hierzu gehört insbesondere das Hairpin-Verfahren. Dabei werden Spulenwicklungen, insbesondere des Stators, aus einer Vielzahl von Drahtstücken gebildet, deren Enden miteinander verbunden werden. Beispielsweise beschreiben hierzu die EP 2684283B1 , die EP 1554794B1 und die EP 1041696B1 Vorrichtungen und Verfahren zum Verbinden von Drahtenden von Hairpins zum Bilden von Statorwicklungen elektrischer Maschinen, bei denen die Drahtenden miteinander verschweißt werden.
  • Dem Herstellungsprozess der Elektromotoren ist der Herstellungsprozess der einzelnen Hairpins vorgelagert. Die einzelnen, elektrisch leitfähigen Hairpins werden anschließend möglichst dicht gepackt und zu einer durchgehenden elektrisch leitenden Wicklung verschweißt.
  • Ausgangsmaterial für die Herstellung der Hairpins ist üblicherweise ein Kupferdraht, der zumeist mit einer Isolationsschicht versehen ist. Dabei kann es sich insbesondere um einen Rechteckdraht mit verrundeten Kanten handeln.
  • Die Geometrie der herzustellenden Hairpins ist dabei nicht fest vorgegeben, sondern abhängig von dem jeweiligen Elektromotor. Zudem werden bei der Herstellung eines Elektromotors verschiedene Typen von Hairpins mit unterschiedlichen geometrischen Abmessungen benötigt.
  • Üblicherweise weisen die Hairpins eine sogenannte Dachform auf. Das heißt, dass der Draht so gebogen ist, dass er zwei Schenkel aufweist, die im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und auf einer Seite über einen dachförmigen Teil des Drahtes miteinander verbunden sind.
  • Ein Beispiel eines Hairpins ist in 2a in einer Seitenansicht dargestellt. Der Hairpin weist mehrere Winkel auf, aus denen sich die Dachform ergibt, die auch als Hausdachform bezeichnet wird. Dabei können die Winkel und Schenkellängen je nach der erforderlichen Form variieren. Ferner ist es erforderlich, je nach Anforderung Hairpins mit verschiedenen Drahtquerschnitten herzustellen bzw. Drähte mit unterschiedlichem Querschnitt zu verarbeiten.
  • Bei der Herstellung von Statoren unter Einsatz der Hairpin-Technologie werden eine Vielzahl von Hairpins zusammengesteckt. Dazu ist es notwendig, die Hairpins in ihrem Dachbereich in einer Richtung zu biegen, die senkrecht zur Ebene des Hairpins verläuft, das heißt senkrecht zur Zeichenebene der 2a, sodass eine Krümmung im Dachbereich geformt wird.
  • Ein derart gebogener Hairpin ist in 2b in einer vergrößerten Ansicht von oben auf das Dach gezeigt. In dieser Ansicht verlaufen die beiden Schenkel des Hairpins senkrecht zur Zeichenebene. Der so gebogene Draht oder Hairpin weist eine dreidimensionale Form bzw. eine 3-D Form auf.
  • Bei der 3D-Ausformung des Drahts müssen die beiden Schenkelenden des Hairpins in eine dem Statorpaket angepasste Winkelstellung zueinander gebracht werden. Diese Winkelstellung ist abhängig vom Statordurchmesser und von der Anzahl der Nuten, die im Stator enthalten sind.
  • In den 3a und 3b sind exemplarisch verschiedene Statoren dargestellt, die einen unterschiedlichen Durchmesser haben und eine unterschiedliche Anzahl von Nuten zur Aufnahme der Hairpins aufweisen.
  • Bisher ist es bekannt, die runde Ausformung des Drahts bzw. die 3D-Biegung durch ein Gesenk herzustellen. Dabei wird der Draht über Konturwerkzeuge in seine Form gebracht, die jeweils verschiedene Formwerkzeuge aufweisen.
  • Die bekannten Verfahren haben den Nachteil, dass für die jeweilige Kontur entsprechende Werkzeuge gefertigt werden müssen. Dabei werden für jedes Werkzeug eine Vielzahl von Formwerkzeugen benötigt. Diese müssen zueinander positioniert und aufeinander zubewegt werden. Auch wird der Draht in die 3D-Form gezwungen, was die Qualität des gebogenen Hairpins und damit des Stators beeinträchtigen kann.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Biegen von Draht zu schaffen, womit eine 3D-Ausformung erzeugt werden kann, die variabel bezüglich Statordurchmesser und Nutenanzahl ist. Darüber hinaus soll der Draht möglichst schonend gebogen werden.
  • Zum Lösen dieser Aufgabe schafft die Erfindung eine Vorrichtung zum Biegen von Draht in eine 3-dimensionale Form für die Herstellung von Maschinenelementen elektrischer Maschinen, umfassend ein erstes Halteelement und ein zweites Halteelement zum Halten eines Drahts an zwei Drahtabschnitten; eine Einrichtung zum Verschwenken eines der Halteelemente gegenüber dem anderen Halteelement, um den Draht zu biegen und einen Winkel zwischen den beiden Drahtabschnitten zu erzeugen; eine Einrichtung zum Drehen mindestens eines der Halteelemente, um zusätzlich eine Torsion zu erzeugen; und eine Biegeeinheit zur Ausübung einer Kraft auf den Draht zwischen den beiden Halteelementen, um die Biegung des Drahts weiter auszuformen.
  • Durch diese Lösung wird der Draht nicht in seine Form gezwungen, sondern nach dem Prinzip der freien Ausformung gebogen. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können variabel verschiedene 3D-Ausformungen von Drähten oder Hairpins für Statoren mit unterschiedlichem Durchmesser und mit unterschiedlicher Nutenzahl erzeugt werden. Die Herstellung einer Vielzahl von Werkzeugen und Formwerkzeugen, um für unterschiedliche Statoren erforderliche Biegungen zu schaffen, ist nicht mehr notwendig.
  • Insbesondere weist die Einrichtung zum Verschwenken eine einstellbare Biegeachse auf, um den Winkel zwischen den beiden Drahtabschnitten zu erzeugen.
  • Vorteilhaft ist die Einrichtung zum Drehen derart ausgestaltet, dass sie die Drahtachse mindestens eines Drahtabschnitts um einen einstellbaren Winkel tordiert.
  • Die Biegeeinheit weist beispielsweise eine Achse auf, welche die Dachbiegung eines als Hairpin ausgestalteten Drahts um einen einstellbaren Wert senkrecht zur Dachbiegung ausformt.
  • Die Biegeeinheit kann derart ausgestaltet sein, dass ihre auf den Draht ausgeübte Kraft die durch die Einrichtung zum Verschwenken erzeugte Biegung verstärkt. Insbesondere kann sie eine Zugkraft auf den Draht ausüben.
  • Insbesondere ist die Vorrichtung zum Biegen eines als Hairpin geformten Drahts ausgestaltet, der als Element eines Stators eines Kraftfahrzeug-Elektromotors dient.
  • Beispielsweise sind die beiden Drahtabschnitte Schenkelenden eines als Hairpin ausgestalteten Drahts.
  • Die Halteelemente sind vorteilhaft als Greifer zum Greifen des Drahts ausgestaltet.
  • Die Einrichtung zum Verschwenken umfasst vorteilhafterweise eine Servoachse, um die Winkelstellung der beiden Drahtabschnitte zueinander zu erstellen.
  • Die Einrichtung zum Drehen umfasst beispielsweise einen NC-Servoparallelgreifer, um eines der Halteelemente um die Drahtachse zu tordieren.
  • Die Biegeeinheit umfasst insbesondere eine Lineareinheit, um den gebogenen Draht zum Beispiel radial nach außen zu ziehen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Biegen von Draht in eine 3-dimensionale Form für die Herstellung von Maschinenelementen elektrischer Maschinen, umfasst die Schritte:
    • - Halten eines Drahts an zwei voneinander entfernten Drahtabschnitten;
    • - Biegen des Drahts durch Verschwenken eines Drahtabschnitts gegenüber dem anderen Drahtabschnitt, so dass ein Winkel zwischen den beiden Drahtabschnitten erzeugt wird;
    • - Biegen des Drahts durch zusätzliches Drehen mindestens eines Drahtabschnitts, um zusätzlich eine Torsion zu erzeugen;
    • - Ausformen der Biegung durch Ausüben einer in Biegerichtung gerichteten Kraft auf den Draht zwischen den beiden Halteelementen.
  • Dabei wird der Draht vorteilhafterweise an den beiden Drahtabschnitten mit zwei als Greifer ausgestalteten Halteelementen geklemmt.
  • Insbesondere werden die Schritte des Biegens durch Verschwenken und des Biegens durch Drehen überlagert durchgeführt.
  • Die Schritte des Biegens durch Verschwenken und des Biegens durch Drehen werden beispielsweise mittels Servoachsen durchgeführt, die überlagert in eine Sollposition gebracht werden.
  • Vorteilhafterweise wird die in Biegerichtung gerichtete Kraft zur Ausformung des Drahtes durch eine Lineareinheit erzeugt, die den Draht zwischen den beiden fest gehaltenen Drahtabschnitten zum Beispiel nach hinten zieht.
  • Bevorzugt erfolgt die Ausformung nach den Schritten des Biegens. Die Verfahrensschritte können aber auch in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden. Insbesondere kann die Ausformung der Biegung durch Ausüben einer in Biegerichtung gerichtete Kraft auch vor oder zwischen den anderen Verfahrensschritten erfolgen.
  • Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogramm geschaffen, das Programmschritte zur Steuerung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und/oder Programmschritte zur Steuerung eines erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst.
  • Vorteile und Details der Erfindung, die sich im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben, gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren, ebenso wie Vorteile und Details, die sich im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ergeben, auch für die erfindungsgemäße Vorrichtung gelten.
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren beschrieben. Dabei zeigt:
    • 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung als Ansicht schräg von unten;
    • 2a eine schematische Darstellung eines bekannten Hairpins in einer Seitenansicht;
    • 2b eine schematische Darstellung eines Hairpins mit einer 3-D Ausformung in einer Ansicht von oben auf das Dach;
    • 3a und 3b schematische Darstellungen unterschiedlicher Statoren mit Nuten zur Aufnahme von Hairpins;
    • 4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung als Ansicht schräg von oben;
    • 5 eine schematische Darstellung der Bewegungen von Halteelementen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Biegung eines Drahts in einer Ansicht von unten;
    • 6a bis 6f schematische Darstellungen von Halteelementen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beim Biegen von Draht, jeweils in einer Ansicht von unten.
  • 1 und 4 zeigen aus verschiedenen Perspektiven eine Vorrichtung zum Biegen von Draht in eine dreidimensionale Form gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die Vorrichtung 100 gemäß diesem Beispiel dient insbesondere dazu, einen in der Grundform eines Hairpins vorliegenden Draht so auszuformen, dass er zur Anordnung in einem Statorpaket zur Herstellung eines Stators eines Elektromotors geeignet ist.
  • Die Vorrichtung 100 umfasst ein erstes Halteelement 10 und ein zweites Halteelement 20, die jeweils als Greifer ausgestaltet sind und zum Halten eines Drahts an zwei Drahtabschnitten dienen, so dass er mit diesen an den Halteelementen fixiert ist. Das Halteelement 20 ist so angeordnet, dass es gegenüber dem anderen Halteelement 10 verschwenkbar ist.
  • Zum Verschwenken des Halteelements 20 gegenüber dem Halteelement 10 dient eine Einrichtung 30, die als Servoachse ausgestaltet ist. Durch die Schwenkbewegung wird der in den Halteelementen 10, 20 bzw. Greifern fixierte Draht gebogen, so dass ein Winkel zwischen den beiden Drahtabschnitten erzeugt wird, die in den voneinander beabstandeten Halteelementen 10, 20 fixiert sind.
  • Weiterhin kann mindestens eines der beiden Halteelemente 10, 20 gedreht werden, um zusätzlich eine Torsion zu erzeugen. In diesem Beispiel ist das Halteelement 20 drehbar angeordnet. Eine Einrichtung 40 dient zum Drehen des Halteelements 20, so dass zusätzlich zu der Biegung des Drahts, die durch das Verschwenken entsteht, noch eine Torsion erzeugt wird.
  • Eine Biegeeinheit 50, die als Lineareinheit ausgestaltet ist, ist so angeordnet, dass sie zwischen den beiden Halteelementen 10, 20 eine Kraft auf den daran fixierten Draht ausübt, um auf diese Weise die bereits erzeugte oder noch zu erzeugende Biegung des Drahts noch weiter auszuformen.
  • Wird ein Draht, der in der Grundform eines Hairpins gemäß 2a vorliegt, in der Vorrichtung 100 fixiert, so kann mit der Einrichtung 30 zum Verschwenken des Halteelements 20 die Winkelstellung der beiden Schenkelenden des Drahts bzw. Hairpins zueinander erstellt werden. Das heißt, die Einrichtung 30 zum Verschwenken bildet eine Biegeachse, die den Winkel der beiden Schenkelenden des Drahts zueinander ausführt. Sie ist flexibel bzw. einstellbar, um je nach Erfordernis den Winkel zwischen den beiden in den Halteelementen 10, 20 fixierten Drahtabschnitten zu erzeugen.
  • Die Einrichtung 40 zum zusätzlichen Drehen des Halteelements 20 bildet eine Achse, die es ermöglicht, die Drahtachse eines Schenkels bzw. Drahtabschnitts zusätzlich zu tordieren. Dabei kann der Winkel der Drehung eingestellt werden, das heißt, dass die Drahtachse mindestens eines Drahtabschnitts um einen einstellbaren Winkel tordierbar ist. Die Einrichtung 40 zum Drehen ist als NC-Servoparallelgreifer ausgestaltet, der den Greifer bzw. das Halteelement 20 zusätzlich zur Schwenkbewegung um die Drahtachse tordiert.
  • Die Biegeeinheit 50 ist in der hier gezeigten Ausführungsform so angeordnet, dass sie den Draht über ein Kraftübertragungselement 51 nach hinten zieht. Das heißt, dass die Biegeeinheit 50 eine weitere Achse bildet, um die Dachbiegung des als Hairpin vorliegenden Drahts nach hinten auszuformen. Nach hinten bedeutet hier, dass die Biegung oder Krümmung des Drahts, die durch das Verschwenken des Halteelements 20 entsteht, verstärkt wird.
  • 5 zeigt die beiden Halteelemente 10, 20 mit einem daran fixierten Draht 1. Die Halteelemente 10, 20 befinden sich in einer Position nach erfolgter Schwenk- und Drehbewegung. Der Draht 1 ist zum Beispiel als Hairpin gemäß 2a ausgebildet. Der Draht 1 ist an den Drahtabschnitten 1a, 1b zwischen Greifbacken 11 bzw. 21 in den Halteelementen 10, 20 festgeklemmt.
  • Die Schwenkbewegung des Halteelements 20 gegenüber dem Halteelement 10 ist durch den Pfeil S gekennzeichnet. Die Achse der Schwenkbewegung S des Halteelements 20 liegt im Bereich des im Halteelement 10 festgeklemmten Drahtbereichs 1a und verläuft senkrecht zur Zeichenebene.
  • Der Winkel des Verschwenkens des Halteelements 20 gegenüber dem Halteelement 10 erzeugt einen entsprechenden Winkel zwischen den beiden Drahtabschnitten 1a, 1b. Dort erstrecken sich im Fall eines Hairpins die Schenkel des Drahts 1 senkrecht zur Zeichenebene durch das jeweilige Halteelement 10, 20, in dem sie zwischen den jeweiligen Greifbacken 11, 21 festgeklemmt sind. Die übrigen Bereiche des Drahts 1, die zwischen den Drahtbereichen 1a, 1b liegen und das Dach des Hairpins bilden, liegen außerhalb der Greifbacken 11, 21.
  • Die Drehbewegung D, die das Halteelement 20 zusätzlich zur Schwenkbewegung S ausübt, erfolgt um eine Drehachse, die sich ebenfalls senkrecht zur Zeichenebene in 5 erstreckt. Diese Drehachse liegt im Bereich des im Halteelement 20 festgeklemmten Drahtbereichs 1b. Die Achsen der Schwenkbewegung S und der Drehbewegung D sind parallel zueinander ausgerichtet.
  • Die Kraft F, die die Biegeeinheit 50 auf den Draht 1 ausübt, ist so gerichtet, dass sie seine Krümmung radial verstärkt. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel übt die Biegeeinheit 50 mit dem als Bolzen ausgestalteten Kraftübertragungselement 51 eine Zugkraft auf den Draht 1 zwischen den beiden Drahtabschnitten 1a, 1b aus. Die Biegeeinheit 50 kann aber auch so ausgestaltet sein, dass sie anstelle einer Zugkraft eine Druckkraft auf den Draht 1 ausübt.
  • Durch die flexiblen Biegeachsen, die durch die Einrichtung 30 zum Verschwenken, durch die Einrichtung 40 zum Drehen und durch die Biegeeinheit 50 gebildet werden, können die einzelnen Schenkel des Drahts 1 bzw. des Hairpins in eine Position gebracht werden, die es ermöglicht, Hairpins in einem Stator besonders dicht als Paket anzuordnen und sie hierzu mit einer dreidimensionalen Ausformung zu versehen. Durch die besondere Ausformung aufgrund der Biegevorgänge wird Platz im Wickelkopf generiert bzw. eine große Packungsdichte ermöglicht.
  • Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Biegeverfahren anhand der 6a-f erläutert. Mit dem Biegeverfahren wird der Draht 1, der zunächst als Hairpin in seiner Grundform vorliegt, in eine dreidimensionale Form gebogen, so dass er zur Herstellung eines Stators eines Elektromotors unter Verwendung der Hairpin-Technologie verwendet werden kann.
  • Die 6a zeigt die Vorrichtung 100 mit dem Draht 1 in einer Position, die das Eintakten des Drahts 1 ermöglicht. Dabei wird der Draht 1 zentrisch in die Biegeeinrichtung bzw. die Vorrichtung 100 eingebracht, wobei ein geeignetes Transportsystem verwendet wird.
  • Danach schließen die beiden Greifer bzw. Halteelemente 10, 20 und klemmen dadurch den Draht 1 zwischen ihren jeweiligen Klemm- oder Greifbacken 11, 21 fest (siehe 6b). Dadurch wird der Draht 1 an seinen beiden voneinander entfernten Drahtabschnitten 1a, 1b bzw. an den Schenkeln des Drahts oder Hairpins festgehalten. Die Greifkraft der Halteelemente 10, 20 wird zu diesem Zweck groß genug gewählt, dass der Draht 1 beim Biegevorgang nicht in den Greifbacken 11, 21 der Greifer bzw. Halteelemente 10, 20 zu wandern beginnt.
  • Nun erfolgt das Biegen des Drahts 1 durch Verschwenken des Drahtabschnitts 1b gegenüber dem Drahtabschnitt 1a, so dass ein Winkel zwischen den beiden Drahtabschnitten 1a, 1b erzeugt wird. Dieser erste Biegevorgang ist in 6c dargestellt. Das Halteelement 20 wird zu diesem Zweck in einem definierten Winkel um das Halteelement 10 herum verschwenkt.
  • Ein weiteres Biegen des Drahts erfolgt durch zusätzliches Drehen des Halteelements 20 und somit des im Halteelement 20 befestigten Drahtabschnitts 1 b, so dass zusätzlich eine Torsion erzeugt wird. Dieser Vorgang ist in 6d dargestellt. Hierzu wird das Halteelement 20 um eine Drehachse gedreht, die senkrecht zur Zeichenebene verläuft und innerhalb des Biegeelements 20 im Bereich des darin festgeklemmten Drahtabschnitts 1b liegt.
  • Die Schwenkbewegung gemäß 6c und die Drehbewegung gemäß 6d erfolgen überlagert. Das heißt, nachdem die Greifbacken der Halteelemente 10, 20 geschlossen wurden, werden die beiden Servoachsen zum Erstellen des Winkels und der Torsion überlagert auf ihre Sollposition gefahren.
  • Nun erfolgt ein weiterer Biegevorgang, der in 6e dargestellt ist. Dabei wird eine Kraft in Richtung F auf den Draht 1 zwischen den beiden Halteelementen 10, 20 ausgeübt, welche die durch die vorhergehenden Biegevorgänge erzeugte Biegung weiter ausformt. Das heißt, die Kraft auf den Draht 1 ist in Richtung der bestehenden Biegung radial nach außen gerichtet.
  • Hierzu wird der gebogene Draht 1 über eine Lineareinheit bzw. die Biegeeinheit 50 mit dem Kraftübertragungselement 51 nach hinten gezogen, das heißt radial nach außen in Richtung F. Dieser Vorgang erfolgt, nachdem die beiden Servoachsen zum Erstellen des Winkels und der Torsion ihre Sollposition erreicht haben, die in 6d dargestellt ist.
  • Nachdem alle Biegevorgänge durchgeführt wurden, öffnen die beiden Greifer bzw. Halteelemente 10, 20 und geben den Draht 1 frei zum Weitertakten. Dieser Zustand ist in 6f dargestellt.
  • Durch die erfindungsgemäße Biegevorrichtung und das erfindungsgemäße Biegeverfahren erfolgt eine 3D-Ausformung eines Drahts oder Hairpins, der zunächst eine annähernd zweidimensionale Grundform hat, wie sie in 2a gezeigt ist, so dass die beiden Schenkel des Drahts oder Hairpins in eine dem jeweiligen Statorpaket angepasste Winkelstellung zueinander gebracht werden, wie in 2b gezeigt. Diese Winkelstellung ist abhängig vom Statordurchmesser und von der Anzahl der Nuten, die im Stator enthalten sind. Die 3D-Ausformung erfolgt nach dem Prinzip der freien Ausformung.
  • Bevor die 3D-Ausformung des Drahtes gemäß der Erfindung erfolgt, hat dieser in der Regel bereits zwei Biegeprozesse erfahren, durch die einerseits die Dachbiegung und andererseits der Sprung oder Versatz im Dach des Hairpins erzeugt wurden. Mit dem hier beschriebenen 3D-Biegeverfahren wird der so vorgebogene Draht oberhalb der Biegekante, dort wo die Dachform beginnt, um ein entsprechendes Maß nach hinten gebogen. Dadurch wird ein gewisser Freiraum am Wickelkopf erhalten, der für den Fügeprozess zur Bildung des Stators wichtig ist.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Draht
    1a, 1b
    Drahtabschnitte
    10
    erstes Halteelement
    11
    Greifbacken
    20
    zweites Halteelement
    21
    Greifbacken
    30
    Einrichtung zum Verschwenken
    40
    Einrichtung zum Drehen
    50
    Biegeeinheit
    51
    Kraftübertragungselement
    100
    Vorrichtung
    D
    Drehbewegung
    S
    Schwenkbewegung
    F
    Kraftrichtung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2684283 B1 [0005]
    • EP 1554794 B1 [0005]
    • EP 1041696 B1 [0005]

Claims (15)

  1. Vorrichtung zum Biegen von Draht in eine 3-dimensionale Form für die Herstellung von Maschinenelementen elektrischer Maschinen, umfassend: ein erstes Halteelement (10) und ein zweites Halteelement (20) zum Halten eines Drahts (1) an zwei Drahtabschnitten (1a, 1 b); eine Einrichtung (30) zum Verschwenken eines der Halteelemente (20) gegenüber dem anderen Halteelement (10), um den Draht (1) zu biegen und einen Winkel zwischen den beiden Drahtabschnitten (1a, 1b) zu erzeugen; eine Einrichtung (40) zum Drehen mindestens eines der Halteelemente (10, 20), um zusätzlich eine Torsion zu erzeugen; und eine Biegeeinheit (50) zur Ausübung einer Kraft auf den Draht (1) zwischen den beiden Halteelementen (10, 20), um die Biegung des Drahts (1) weiter auszuformen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (30) zum Verschwenken eine einstellbare Biegeachse aufweist, um den Winkel zwischen den beiden Drahtabschnitten (1a, 1b) zu erzeugen.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (40) zum Drehen derart ausgestaltet ist, dass sie die Drahtachse mindestens eines Drahtabschnitts (1a, 1b) um einen einstellbaren Winkel tordiert.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegeeinheit (50) eine Achse aufweist, welche die Dachbiegung eines als Hairpin ausgestalteten Drahts (1) um einen einstellbaren Wert senkrecht zur Dachbiegung ausformt.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegeeinheit (50) derart ausgestaltet ist, dass 5.1. ihre auf den Draht (1) ausgeübte Kraft die durch die Einrichtung zum Verschwenken (30) erzeugte Biegung verstärkt, und / oder 5.2. sie eine Zugkraft auf den Draht (1) ausübt.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zum Biegen eines als Hairpin geformten Drahts (1) ausgestaltet ist, der als Element eines Stators eines Kraftfahrzeug-Elektromotors dient.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Drahtabschnitte (1a, 1b) Schenkelenden eines als Hairpin ausgestalteten Drahts (1) sind.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 8.1. die Halteelemente (10, 20) als Greifer zum Greifen des Drahts (1) ausgestaltet sind; und/oder 8.2. die Einrichtung (30) zum Verschwenken eine Servoachse umfasst, um die Winkelstellung der beiden Drahtabschnitte (1a, 1b) zueinander zu erstellen; und/oder 8.3. die Einrichtung (40) zum Drehen einen NC-Servoparallelgreifer umfasst, um eines der Halteelemente (10, 20) um die Drahtachse zu tordieren; und/oder 8.4. die Biegeeinheit (50) eine Lineareinheit umfasst, um den gebogenen Draht radial nach außen zu ziehen.
  9. Verfahren zum Biegen von Draht in eine 3-dimensionale Form für die Herstellung von Maschinenelementen elektrischer Maschinen, umfassend die Schritte: - Halten eines Drahts (1) an zwei voneinander entfernten Drahtabschnitten (1a, 1b); - Biegen des Drahts (1) durch Verschwenken eines Drahtabschnitts (1b) gegenüber dem anderen Drahtabschnitt (1a), so dass ein Winkel zwischen den beiden Drahtabschnitten (1a, 1b) erzeugt wird; - Biegen des Drahts (1) durch zusätzliches Drehen mindestens eines Drahtabschnitts (1b), um zusätzlich eine Torsion zu erzeugen; - Ausformen der Biegung durch Ausüben einer in Biegerichtung gerichteten Kraft auf den Draht (1) zwischen den beiden Halteelementen (10, 20).
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (1) an den beiden Drahtabschnitten (1a, 1b) mit zwei als Greifer ausgestalteten Halteelementen (10, 20) geklemmt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte des Biegens durch Verschwenken und des Biegens durch Drehen überlagert durchgeführt werden.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte des Biegens durch Verschwenken und des Biegens durch Drehen mittels Servoachsen durchgeführt werden, die überlagert in eine Sollposition gebracht werden.
  13. Verfahren nach einem Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die in Biegerichtung gerichtete Kraft zur weiteren Ausformung des Drahtes (1) durch eine Lineareinheit erzeugt wird, die den Draht zwischen den beiden fest gehaltenen Drahtabschnitten (1a, 1b) nach hinten zieht.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchgeführt wird.
  15. Computerprogramm, das Programmschritte zur Steuerung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder Programmschritte zur Steuerung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 9 bis 14 umfasst.
DE102018108656.3A 2018-04-12 2018-04-12 Vorrichtung und Verfahren zum Biegen von Draht in eine 3-dimensionale Form für die Herstellung von Maschinenelementen elektrischer Maschinen Pending DE102018108656A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018108656.3A DE102018108656A1 (de) 2018-04-12 2018-04-12 Vorrichtung und Verfahren zum Biegen von Draht in eine 3-dimensionale Form für die Herstellung von Maschinenelementen elektrischer Maschinen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018108656.3A DE102018108656A1 (de) 2018-04-12 2018-04-12 Vorrichtung und Verfahren zum Biegen von Draht in eine 3-dimensionale Form für die Herstellung von Maschinenelementen elektrischer Maschinen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102018108656A1 true DE102018108656A1 (de) 2019-10-17

Family

ID=68052818

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102018108656.3A Pending DE102018108656A1 (de) 2018-04-12 2018-04-12 Vorrichtung und Verfahren zum Biegen von Draht in eine 3-dimensionale Form für die Herstellung von Maschinenelementen elektrischer Maschinen

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102018108656A1 (de)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110773667A (zh) * 2019-11-07 2020-02-11 昆山联滔电子有限公司 线圈导体自动折弯机
US20210119519A1 (en) * 2018-06-20 2021-04-22 Tecnomatic S.P.A. Device and method for bending hairpin winding heads
DE102020107192B3 (de) * 2020-03-16 2021-05-12 Gehring E-Tech Gmbh Vorrichtung zum Biegen mindestens eines in einem Ausgangszustand U-förmigen Leiterstücks und ein entsprechendes Verfahren
DE102020107193B3 (de) * 2020-03-16 2021-05-12 Gehring E-Tech Gmbh Vorrichtung und ein Verfahren zum Biegen mindestens eines Leiterstücks
DE102019134785A1 (de) * 2019-12-17 2021-06-17 Grob-Werke Gmbh & Co. Kg Vorrichtung und Verfahren zum Biegen von Draht für ein Maschinenelement einer elektrischen Maschine
DE102019219587A1 (de) * 2019-12-13 2021-06-17 Otto Bihler Handels-Beteiligungs-Gmbh Maschine und Verfahren zum Herstellen von gebogenen Drahtbauteilen
EP3905493A1 (de) 2020-04-28 2021-11-03 Grob-Werke GmbH & Co. KG Biegevorrichtung und biegeverfahren zum zweidimensionalen biegen eines elektrischen leiters
DE102021133843A1 (de) 2021-12-20 2023-06-22 Schunk Gmbh & Co. Kg Spann- Und Greiftechnik Greifvorrichtung zum Greifen von Hairpins und zum Setzen von gegriffenen Hairpins in insbesondere Statoren von Elektromotoren

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1041696A1 (de) 1999-03-30 2000-10-04 Denso Corporation Verfahren zur Herstellung der Ständerwicklungen einer elektrischen Maschine
EP1554794A1 (de) 2002-10-07 2005-07-20 Valeo Equipements Electriques Moteur Anordnung zum schweissen von leitersegmenten der wicklung einer rotierenden elektrischen maschine
EP2684283A1 (de) 2011-03-07 2014-01-15 ATOP S.p.A. Vorrichtung und verfahren zum ausrichten der leiter von spulenelementen in kernen dynamischer elektrischer maschinen vor schweissoperationen

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1041696A1 (de) 1999-03-30 2000-10-04 Denso Corporation Verfahren zur Herstellung der Ständerwicklungen einer elektrischen Maschine
EP1554794A1 (de) 2002-10-07 2005-07-20 Valeo Equipements Electriques Moteur Anordnung zum schweissen von leitersegmenten der wicklung einer rotierenden elektrischen maschine
EP2684283A1 (de) 2011-03-07 2014-01-15 ATOP S.p.A. Vorrichtung und verfahren zum ausrichten der leiter von spulenelementen in kernen dynamischer elektrischer maschinen vor schweissoperationen

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210119519A1 (en) * 2018-06-20 2021-04-22 Tecnomatic S.P.A. Device and method for bending hairpin winding heads
US11962206B2 (en) * 2018-06-20 2024-04-16 Tecnomatic S.P.A. Device and method for bending hairpin winding heads
CN110773667A (zh) * 2019-11-07 2020-02-11 昆山联滔电子有限公司 线圈导体自动折弯机
CN110773667B (zh) * 2019-11-07 2021-06-08 昆山联滔电子有限公司 线圈导体自动折弯机
DE102019219587A1 (de) * 2019-12-13 2021-06-17 Otto Bihler Handels-Beteiligungs-Gmbh Maschine und Verfahren zum Herstellen von gebogenen Drahtbauteilen
US11498115B2 (en) 2019-12-17 2022-11-15 Grob-Werke Gmbh & Co. Kg Device and method for bending wire for a machine element of an electric machine
DE102019134785A1 (de) * 2019-12-17 2021-06-17 Grob-Werke Gmbh & Co. Kg Vorrichtung und Verfahren zum Biegen von Draht für ein Maschinenelement einer elektrischen Maschine
EP3840198A1 (de) 2019-12-17 2021-06-23 Grob-Werke GmbH & Co. KG Vorrichtung und verfahren zum biegen von draht für ein maschinenelement einer elektrischen maschine
DE102020107193B3 (de) * 2020-03-16 2021-05-12 Gehring E-Tech Gmbh Vorrichtung und ein Verfahren zum Biegen mindestens eines Leiterstücks
EP3918699B1 (de) * 2020-03-16 2022-10-05 Gehring Technologies GmbH + Co. KG Vorrichtung zum biegen mindestens eines in einem ausgangszustand u-förmigen leiterstücks und ein entsprechendes verfahren
DE102020107192B3 (de) * 2020-03-16 2021-05-12 Gehring E-Tech Gmbh Vorrichtung zum Biegen mindestens eines in einem Ausgangszustand U-förmigen Leiterstücks und ein entsprechendes Verfahren
EP3905494A1 (de) 2020-04-28 2021-11-03 Grob-Werke GmbH & Co. KG Biegevorrichtung und biegeverfahren zum zweidimensionalen biegen eines elektrischen leiters
EP3905493A1 (de) 2020-04-28 2021-11-03 Grob-Werke GmbH & Co. KG Biegevorrichtung und biegeverfahren zum zweidimensionalen biegen eines elektrischen leiters
DE102021133843A1 (de) 2021-12-20 2023-06-22 Schunk Gmbh & Co. Kg Spann- Und Greiftechnik Greifvorrichtung zum Greifen von Hairpins und zum Setzen von gegriffenen Hairpins in insbesondere Statoren von Elektromotoren

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102018108656A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Biegen von Draht in eine 3-dimensionale Form für die Herstellung von Maschinenelementen elektrischer Maschinen
WO2018233769A1 (de) Vorstecknest und verfahren zur bildung eines kranzes aus einer vielzahl von u-förmigen, elektrisch leitfähigen hairpins, um den kranz anschliessend in einem maschinenelement einer elektrischen maschine verbauen zu können
EP3622614A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum umformen von u-förmigen elektrischen leitern
WO2012072757A2 (de) Verfahren zur herstellung einer ständerwicklung einer elektrischen maschine, insbesondere eines wechselstromgenerators
WO2007006668A1 (de) Verfahren zum herstellen einer wicklung einer elektrischen maschine
EP3840198B1 (de) Vorrichtung und verfahren zum biegen von draht für ein maschinenelement einer elektrischen maschine
DE102018106980A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Biegen von Draht für die Herstellung von Maschinenelementen elektrischer Maschinen
DE102020200797A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung konfektionierter Formteile
EP3663015B1 (de) Maschine zum herstellen von drahtelementen
DE112015002921T5 (de) Verfahren zur Herstellung einer dynamoelektrischen Maschine
EP3970267A1 (de) Greifvorrichtung und greifverfahren für hairpins
DE102010053719A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Ständerwicklung einer elektrischen Maschine, insbesondere zur Herstellung eines Wechselstromgenerators
DE102014208077B4 (de) Wicklungsträger und elektrische Maschine
WO2017045873A1 (de) Anlage und verfahren zum herstellen eines wicklungsstabs für eine statorwicklung
DE102018106978A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Biegen von Draht für die Herstellung von Maschinenelementen elektrischer Maschinen, insbesondere zur Schaffung einer Sprungbiegung
AT522206B1 (de) Verfahren zum Bereitstellen von Formstäben aus einem elektrischen Leiterdraht sowie entsprechende Formstäbe
AT523029A1 (de) Verfahren zum Bereitstellen von Formstäben aus einem elektrischen Leiterdraht
EP2845300B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur bewicklung eines elektromotor-blechpakets mit einer magnetspule
DE102017219509A1 (de) Biegewerkzeug zur Herstellung eines Leiterelements oder eines Vorformlings, Formvorrichtung mit dem Biegewerkzeug sowie Verfahren zur Herstellung des Leiterelements
DE102018120235A1 (de) Kompakte Fertigungsstation zum Zusammenfügen eines Stators für einen Elektromotor aus Statorsegmenten
EP3836370B1 (de) Vorrichtung zum formen von scheiteln bei hairpins
DE102022118256A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Mehrdraht-Biegung einer Wellenwicklung für eine Spulenwicklung einer elektrischen Maschine
DE102023112328A1 (de) Wickelmaschine und Verfahren zum Herstellen einer Wicklung für eine elektrische Maschine
DE102022204824A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Wickelmatte für einen Stator oder einen Rotor eines elektrischen Motors
DE102022207157A1 (de) Vereinfachte Herstellung von Spulen aus Flachdraht