DE102018114580A1

DE102018114580A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Formen eines Wicklungselements

Info

Publication number: DE102018114580A1
Application number: DE102018114580.2A
Authority: DE
Inventors: Giuseppe Zana; Fabrizio Giuradei
Original assignee: Coppering Srl
Current assignee: Gehring Technologies GmbH and Co KG
Priority date: 2018-06-18
Filing date: 2018-06-18
Publication date: 2019-12-19
Also published as: CN112567606A; EP3807983A1; US20210273536A1; WO2019243340A1; US11711002B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung (10) zum Formen eines vorzugsweise haarnadelförmigen Wicklungselements aus einem Leiter (12).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Formen eines Wicklungselements mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1. Zudem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Formen eines Wicklungselements mit den Merkmalen des Oberbegriffs des nebengeordneten Anspruchs. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung eine Verwendung einer derartigen Vorrichtung zum Formen eines Wicklungselements mit den Merkmalen des weiter nebengeordneten Anspruchs.
Verfahren und Vorrichtungen der eingangs genannten Art sind der Anmelderin aus der Praxis bekannt. So werden bei der Fertigung von Elektromotoren für Traktionsantriebe einzelne Wicklungselemente (Steckspulen, sog. „Hairpins“) hergestellt, die im weiteren Prozess zu einer Statorwicklung weiterverarbeitet werden. Um bedingt durch höheren Füllungsgrad eine höhere Effizienz von Elektromaschinen zu erreichen, wurde in der Hairpin-Technologie von runden auf rechteckige Leiterquerschnitte übergegangen. Im Rahmen der Herstellung der Wicklungselemente müssen aus Endlosmaterial entsprechende Leiterstücke abgetrennt und zu geeigneten Wicklungselementen umgeformt werden. Anschließend werden die Wicklungselemente nach einer Positionierung am Stator miteinander verschweißt.
Mit einem haarnadelförmigen Wicklungselement, einem sogenannten Hairpin (da seine Form eben der einer Haarnadel ähnelt) ist im Sinne der vorliegenden Anmeldung ein Wicklungselement gemeint, das zwei parallele Schenkel und einen diese beiden Schenkel miteinander verbindenden Abschnitt umfasst, der insbesondere Bogenförmig ausgebildet ist. Ein Hairpin kann insbesondere U-Förmig ausgebildet sein. Der verbindende Abschnitt kann insbesondere eine dreidimensionale Erstreckung aufweisen.
Die Leiterstücke werden im Stand der Technik üblicherweise durch eine oder mehrere verschiedene Biegestationen (2D- oder 3D-Biegestationen) zu Wicklungselementen umgeformt. Dadurch lassen sich die Leiterstücke in die zur Montage am Stator erforderliche Form bringen. Problematisch ist allerdings, dass der Aufwand beim Bau solcher Biegestationen vergleichsweise hoch ist. Zudem können Leiterstücke durch eine Biegestation regelmäßig nur zu einheitlichen oder sich lediglich geringfügig unterscheidenden Wicklungselementen umgeformt werden. Dies erschwert eine rentable Fertigung von Wicklungselementen, insbesondere bei hoher Formenvielfalt und geringen Stückzahlen identischer Wicklungselemente.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Herstellung von Wicklungselementen mit unterschiedlichen Formen auf kostengünstige Art und Weise zu ermöglichen. Dabei ist wünschenswert, dass hierzu lediglich eine Vorrichtung erforderlich ist.
Die Erfindung löst die voranstehende Aufgabe durch ein Verfahren zum Formen eines vorzugsweise haarnadelförmigen Wicklungselements (sog.„Hairpin“ oder Steckspule) aus einem Leiter gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Der Leiter ist entlang einer Längsrichtung länglich erstreckt ausgebildet und weist eine (oder mehrere) sich entlang der Längsrichtung erstreckende Außenseite(n) auf. Das Verfahren zeichnet sich durch mehrere Schritte aus, die nachfolgend beschrieben werden.
Zunächst erfolgt ein Durchführen des Leiters durch eine Führung, wobei die Führung eine Auslassöffnung aufweist, deren Öffnungsränder beim Durchtritt des Leiters die Außenseite des Leiters von zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen her beidseitig (mit anderen Worten von vier Seiten her) kontaktieren. Durch die beidseitige Kontaktierung des Leiters von den zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen her, ist der Leiter quasi in der Auslassöffnung zwangsgeführt. Mit anderen Worten, er durchtritt die Auslassöffnung also in einer durch die Kontaktierung genau vorgegebenen Orientierung.
In einem weiteren Schritt erfolgt ein Durchführen des aus der Führung austretenden Leiters durch eine (in Transportrichtung des Leiters) vorzugsweise direkt auf die Auslassöffnung folgende Umformeinrichtung, die eine Umformöffnung umfasst, an deren Rand oder Rändern mehrere Umformabschnitte angeordnet sind. Die Umformabschnitte kontaktieren die Außenseite des Leiters von zwei senkrecht zueinander stehenden einander gegenüberliegenden Richtungen her beidseitig (mit anderen Worten von vier Seiten her). Durch die beidseitige Kontaktierung des Leiters von den zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen her ist der Leiter quasi in der Umformöffnung zwangsgeführt. Mit anderen Worten, er durchtritt die Umformöffnung also in einer durch die Kontaktierung genau vorgegebenen Orientierung.
In einem weiteren Schritt erfolgt ein Umformen des Leiters durch Bewegen des Leiters durch die Umformöffnung hindurch bei gleichzeitigem Verändern der Orientierung der Umformabschnitte relativ zu den Öffnungsrändern der Führung. Dabei werden die Umformabschnitte (oder mit anderen Worten die Umformeinrichtung insgesamt) im Laufe des Umformvorgangs relativ zu den Öffnungsrändern um mindestens eine Schwenkachse, die orthogonal zur Transportrichtung verläuft, verschwenkt und entlang mindestens einer Ebene translatorisch bewegt, deren Normalenvektor die Schwenkachse ist und/oder die Umformabschnitte (oder mit anderen Worten die Umformeinrichtung insgesamt) werden im Laufe des Umformvorgangs relativ zu den Öffnungsrändern um mindestens eine Schwenkachse, die der Transportrichtung entspricht, verschwenkt. Wie bereits oben erläutert durchtritt der Leiter sowohl die Auslassöffnung als auch die Umformöffnung in einer genau vorgegebenen Orientierung, da er durch die jeweilige beidseitige Kontaktierung des Leiters von den zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen her in der Auslassöffnung und der Umformöffnung zwangsgeführt ist. Durch die Änderung der Ausrichtung der Auslassöffnung zur Umformöffnung durch das Verschwenken während des Umformens wird der Leiter zwangsweise gebogen und/oder tordiert.
Das vorgeschlagene Verfahren hat den Vorteil, dass Wicklungselemente mit unterschiedlichen Formen auf einfache Weise hergestellt werden können, indem ein Leiter durch die Führung hindurch geführt und mittels der Umformeinrichtung in die gewünschte Form gebracht wird, wozu die Umformabschnitte bzw. die Umformeinrichtung insgesamt verschwenkt werden. Um ein Klemmen des Leiters in der Umformeinrichtung und damit unerwünschte Fehlformungen oder Beschädigungen des Leiters zu vermeiden, wenn die Umformeinrichtung um die orthogonal zur Transportrichtung orientierten Schwenkachsen geschwenkt wird, erfolgt gleichzeitig zum Verschwenken ein Bewegen der Umformeinrichtung bzw. deren Umformabschnitte in einer Ebene, deren Normalenvektor die Schwenkachse ist (Kompensation der Schwenkbewegung). Anders ausgedrückt erfolgen einerseits ein Verschwenken bzw. eine Rotation zur Umformung des Leiters und andererseits eine translatorische Bewegung zur Kompensation des in der Schwenkebene infolge der Schwenkbewegung entstehenden Versatzes (Versatz der Umformöffnung bezogen auf die Auslassöffnung der Führung). Beim Verschwenken um die Transportrichtung herum ist eine derartige translatorische Kompensation nicht nötig. Durch dieses Verfahren lässt sich eine hohe Vielfalt an Wicklungselementen mit unterschiedlichen Formen herstellen. Dadurch lassen sich die bekannten Biegestationen ersetzen. Es lassen sich unterschiedliche Wicklungselemente auch mit nur geringen Stückzahlen wirtschaftlich rentabel herstellen.
Das Verschwenken erfolgt insbesondere graduell. Je schneller der Leiter durch die Führung bzw. die Umformeinrichtung durchgeschoben wird, desto schneller kann die Umformeinrichtung bzw. deren Umformabschnitte verschwenkt werden, um eine ähnliche oder gleiche Kurve zu erhalten.
Je höher die Vorschubgeschwindigkeit des Leiters, desto schneller kann die Schwenkbewegung der Umformeinrichtung (Winkelgeschwindigkeit) durchgeführt werden.
Die Führung (Führungseinrichtung) führt den Leiter und stabilisiert diesen bei der Zuführung zu der Umformeinrichtung sowie während des Umformens. Der Vorschub des Leiters von der Führung zur Umformeinrichtung kann mittels einer Handhabungseinheit, bspw. einer Greifereinheit, einer der vorliegenden Vorrichtung (Umformvorrichtung) vorgeschalteten Vorrichtung zum Trennen des Leiters erfolgen, die den als Endlosmaterial vorliegenden Leiter (Haspel) in definierte Leiterstücke ablängt und abtrennt. Insoweit kann die vorliegende Vorrichtung ein Bestandteil einer größeren Prozesskette darstellen. Ebenfalls denkbar ist, dass die hier vorliegende Vorrichtung unabhängig eingesetzt wird (Stand-Alone-Version), wobei der Vorschub des Leiters mittels einer Vorschubeinrichtung erfolgen kann.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung kann bei der Änderung der Orientierung der Umformabschnitte relativ zu den Öffnungsrändern der Führung der Umformabschnitt an einer Innenseite eines am Leiter auszubildenden Bogens (bspw. einem auszubildenden Innenradius) in seiner Relativposition gegenüber den Öffnungsrändern der Führung geringer verändert werden als die anderen Umformabschnitte. Insbesondere kann der Umformabschnitt an der Innenseite des am Leiter auszubildenden Bogens in seiner Relativposition gegenüber den Öffnungsrändern unverändert bleiben. Mit anderen Worten, die Verschwenkbewegung (um eine Schwenkachse, die orthogonal zur Transportrichtung verläuft) der Umformabschnitte kann derart auf die translatorische Kompensationsbewegung der Umformabschnitte abgestimmt sein, dass der Umformabschnitt an der Innenseite des am Leiter auszubildenden Bogens in seiner Relativposition gegenüber den Öffnungsrändern der Führung geringer verändert werden als die anderen Umformabschnitte, insbesondere in seiner Relativposition gegenüber den Öffnungsrändern unverändert bleiben. Damit wird der Umformvorgang des Leiters begünstigt, da - in Transportrichtung gesehen - der Öffnungsquerschnitt der Umformöffnung überwiegend oder vollständig an der von der Umformung abgewandten Seite („Kurvenaußenseite“) verändert wird. Der sich durch die Schwenkbewegung ergebende „Lochversatz“ wird damit weitgehend oder vollständig ausgeglichen. Dadurch sind die bei der Umformung entstehenden Kräfte vergleichsweise gering. Auch die Klemmneigung der Umformvorrichtung kann gering gehalten werden.
In zweckmäßiger Weise kann das Verschwenken der Umformabschnitte relativ zu den Öffnungsrändern der Führung schrittweise oder kontinuierlich erfolgen. Durch schrittweises Verschwenken lassen sich Umformungen mit mehreren ggf. unterschiedlich stark gekrümmten Umformabschnitten realisieren. Durch kontinuierliches Verschwenken lassen sich Umformungen realisieren, deren Krümmungsradius sich stetig ändert (abnimmt oder zunimmt).
In vorteilhafter Weise können die Umformabschnitte relativ zu den Öffnungsrändern der Führung gleichzeitig um mehrere Schwenkachsen verschwenkt, insbesondere und entlang mehrerer Ebenen bewegt, werden. Somit ist nicht nur eine zweidimensionale Umformung des Leiters möglich („2D-Umformung“, bspw. U-förmiges flaches Hairpin) wie bei einer Schwenkachse und Bewegung in einer Ebene, sondern eine dreidimensionale Umformung des Leiters („3D-Umformung“, bspw. kundenspezifische Form entsprechend eines individuellen Wicklungsdiagramms), so dass sich Wicklungselemente mit nahezu beliebigen Formen realisieren lassen.
Im Konkreten kann der Leiter einen (orthogonal zur Längsrichtung) im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Damit lassen sich Wicklungselemente für Statorwicklungen mit höherem Füllungsgrad erzielen. Unabhängig vom Leiterquerschnitt kann es sich bei dem Leiter um einen Draht handeln.
Vorzugsweise ist der Leiter ein Vollmaterial, er weist also keine Hohlräume auf.
Weiterhin ist denkbar, dass der Leiter ein Leiterstück (Leiterabschnitt) ist (kein Endlosmaterial oder Endlosdraht). Somit wird die Umformung am bereits abgetrennten und abgelängten Leiter, also an einem Leiterstück, durchgeführt. Die Abtrennung des Leiters kann in einem der Umformung vorgelagerten Prozess bzw. einer vorgelagerten Vorrichtung erfolgen.
Der Leiter kann insbesondere mittels einer Handhabungseinheit durchgeführt werden, die als klemmend greifende Vorschubeinrichtung ausgebildet ist. Damit ist gemeint, dass die Vorschubeinrichtung den Leiter klemmend greift, so dass eine Relativbewegung zwischen Vorschubeinrichtung und Leiter nicht mehr stattfinden kann und der Leiter dann durch eine Bewegung der Vorschubeinrichtung bewegt wird.
In zweckmäßiger Weise kann der Leiter eine isolierende Ummantelung aufweisen. Hierbei kann es sich um eine Beschichtung, bspw. eine Lackschicht, handeln. Hiermit ist der Leiter bereits fertig isoliert, so dass die Umformung des Leiters zusammen mit seiner isolierenden Ummantelung erfolgt.
Denkbar ist ferner, dass der Leiter Kupfer umfasst oder aus Kupfer besteht oder einen Kupferkern mit einer isolierenden Ummantelung aufweist. Hiermit lässt sich ein Leiter mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit bereitstellen.
Zur weiteren Ausgestaltung des Verfahrens können auch die nachfolgend im Zusammenhang mit der Vorrichtung beschriebenen Maßnahmen dienen, die sich auch in verfahrensmäßiger Hinsicht lesen lassen.
Die eingangs genannte Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung zum Formen eines vorzugsweise haarnadelförmigen Wicklungselements (Hairpin; Steckspule) aus einem Leiter mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs gelöst. Die Vorrichtung zeichnet sich durch mehrere Merkmale aus, die nachfolgend beschrieben werden.
Die Vorrichtung verfügt über eine Führung (Führungseinrichtung), wobei die Führung eine Auslassöffnung aufweist, deren Öffnungsränder ausgebildet und angeordnet sind, um den Leiter beim Durchtritt durch die Auslassöffnung von zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen her beidseitig (mit anderen Worten von vier Seiten her) an seiner Außenseite zu kontaktieren. Die Vorrichtung verfügt außerdem über eine Umformeinrichtung, die (in Transportrichtung des Leiters) vorzugsweise direkt auf die Auslassöffnung folgend angeordnet ist und eine Umformöffnung umfasst, an deren Rand mehrere Umformabschnitte angeordnet sind. Die Umformabschnitte sind ausgebildet und angeordnet, um den Leiter beim Durchtritt durch die Umformöffnung von zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen her beidseitig (mit anderen Worten von vier Seiten her) an seiner Außenseite zu kontaktieren. Die Vorrichtung weist mindestens eine Schwenkeinrichtung und mindestens eine Ausgleichseinrichtung auf, die derart mit der Umformeinrichtung zusammenwirken, dass die Umformabschnitte relativ zu den Öffnungsrändern um eine Schwenkachse, die orthogonal zur Transportrichtung verläuft, verschwenkbar und entlang einer Ebene translatorisch bewegbar sind, deren Normalenvektor die Schwenkachse ist und/oder die Vorrichtung weist mindestens eine Schwenkeinrichtung auf, die derart mit der Umformeinrichtung zusammenwirkt, dass die Umformabschnitte (oder mit anderen Worten die Umformeinrichtung insgesamt) relativ zu den Öffnungsrändern um mindestens eine Schwenkachse, die der Transportrichtung entspricht, verschwenkbar sind.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung kann die Vorrichtung eine erste, zweite und/oder dritte Schwenkeinrichtung umfassen, sowie eine erste und/oder zweite Ausgleichseinrichtung aufweisen. Mittels der Schwenkeinrichtungen lässt sich eine zweidimensionale oder eine dreidimensionale Umformung des Leiters erzielen. Mittels der Ausgleicheinrichtung(en) kann die Umformeinrichtung translatorisch bewegt werden, um den infolge der Schwenkbewegung entstehenden „Lochversatz“ auszugleichen, wie oben erläutert.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung kann die erste Schwenkeinrichtung eine erste, insbesondere innere Aufhängung aufweisen, an der die Umformeinrichtung befestigt ist, wobei die erste, insbesondere innere Aufhängung um eine sich entlang der Transportrichtung (Richtung in der der Leiter durch die Führung bewegt wird und dort der Längserstreckung des Leiters entspricht) des Leiters erstreckende (erste) Schwenkachse schwenkbar gelagert und mittels einer ersten Antriebseinrichtung verschwenkbar ist. Hiermit kann der Leiter um die Transportrichtung (X-Richtung) bzw. Längserstreckung herum umgeformt werden, bspw. kann hiermit ein Spiralabschnitt (spiralförmigen Abschnitt einer Wicklung) realisiert werden. Da bei diesem Schwenkvorgang (Rotation um Transportrichtung des Leiters bzw. X-Richtung) kein Versatz stattfindet, ist hierfür keine Ausgleichseinrichtung erforderlich.
Die innere Aufhängung („Hauptscheibe“) kann scheibenförmig ausgebildet sein und eine Aussparung aufweisen (teilweise Scheibe oder Teilscheibe). Durch die Aussparung wird dem Leiter insbesondere bei einer Formgebung zu einer Haarnadel Raum gegeben (bei haarnadelförmiger Umformung „kommt der Leiter zurück“). Zudem ist eine gute Zugänglichkeit für Wartungs- oder Rüstarbeiten erreicht. An der inneren Aufhängung können Befestigungsabschnitte für die Umformeinrichtung ausgebildet sein, die Befestigungspunkte aufweisen (Bohrungen oder Durchgänge mit Innengewinden zur Schraubbefestigung). Die innere Aufhängung kann durch mehrere Lager schwenkbar gehalten sein, bspw. durch drei bezogen auf die Schwenkachse um 120° versetzte Lager. Diese Lager können an der mittleren Aufhängung befestigt sein, wie weiter unten beschrieben.
Die innere Aufhängung kann an ihrem Außenumfang einen radial abragenden Bund aufweisen, der mit einer in den Lagern jeweils ausgebildeten Nut korrespondiert. Die erste Antriebseinrichtung kann einen Motor, bspw. einen (bürstenlosen) Elektromotor, aufweisen, der die innere Aufhängung um deren Schwenkachse antreiben kann. Die Antriebseinrichtung und die innere Aufhängung können mittels einer Zahnradverbindung oder mittels eines Schraubradgetriebes gekoppelt sein. Die Motorwelle der Antriebseinrichtung und die Schwenkachse können parallel zueinander orientiert sein.
In vorteilhafter Weise kann die zweite Schwenkeinrichtung eine zweite, insbesondere mittlere Aufhängung aufweisen, die um eine zur Transportrichtung (Richtung in der der Leiter durch die Führung bewegt wird und dort der Längserstreckung des Leiters entspricht) orthogonale zweite Schwenkachse, vorzugsweise eine vertikale Schwenkachse, schwenkbar gelagert und mittels einer zweiten Antriebseinrichtung verschwenkbar ist (Schwenkbewegung um Y-Achse). Hiermit ist eine Umformung des Leiters in einer Ebene möglich („2D-Umformung“), bspw. einer bezogen auf den Rahmen der Vorrichtung horizontalen Ebene. An der zweiten, insbesondere mittleren Aufhängung können insbesondere die erste, insbesondere innere Aufhängung und die daran befestigte Umformeinrichtung gelagert sein.
Die zweite, insbesondere mittlere Aufhängung („zweite Scheibe“) kann scheibenförmig ausgebildet sein und eine Aussparung aufweisen (teilweise Scheibe oder flacher Kreisringabschnitts). Durch die Aussparung kann dem Leiter bspw. bei einer Formgebung zu einer Haarnadel Raum gegeben werden und es ist eine gute Zugänglichkeit für Wartungs- oder Rüstarbeiten erreicht. An der zweiten, insbesondere mittleren Aufhängung können, bspw. mittels einer Schraubverbindung, die Lager befestigt sein, die die innere Scheibe („Hauptscheibe“) schwenkbar lagern. Die erste Antriebseinrichtung für die erste, insbesondere innere Aufhängung kann ebenfalls an der mittleren Scheibe befestigt sein, bspw. mittels Schraubverbindungen. Die Schwenkbewegung (Rotation) der mittleren Aufhängung kann direkt durch die Motorwelle der zweiten Antriebseinrichtung vorgegeben werden.
Die zweite Antriebseinrichtung kann einen Motor, bspw. einen (bürstenlosen) Elektromotor, aufweisen, wobei die zweite Schwenkachse und die Mittellängsachse der Motorwelle kongruent sind. Die zweite Antriebseinrichtung kann an einer äußeren Aufhängung befestigt sein, wie nachfolgend beschrieben. Eine Befestigung der mittleren Aufhängung an der äußeren Aufhängung kann mittels Lagereinheiten erfolgen, die eine Schwenkbewegung um die zweite Schwenkachse ermöglichen. Die Lagereinheiten können mehrere Befestigungsabschnitte, Bolzen und/oder Wälzlager aufweisen.
In weiter vorteilhafter Weise kann die dritte Schwenkeinrichtung eine dritte, insbesondere äußere Aufhängung aufweisen, die um eine zur Transportrichtung (Richtung in der der Leiter durch die Führung bewegt wird und dort der Längserstreckung des Leiters entspricht) orthogonale dritte Schwenkachse, vorzugsweise eine horizontale Schwenkachse, schwenkbar gelagert und mittels einer dritten Antriebseinrichtung verschwenkbar ist (Schwenkbewegung um die Z-Achse). Hiermit ist eine Umformung des Leiters in einer weiteren Ebene möglich („2D-Umformung“), bspw. einer bezogen auf den Rahmen der Vorrichtung vertikalen Ebene. Zusammen mit der zweiten Schwenkeinrichtung ist somit eine dreidimensionale Umformung eines Leiters zu einem Wicklungselement möglich („3D-Umformung“). An der dritten, insbesondere äußeren Aufhängung können insbesondere die mittlere Aufhängung und die innere Aufhängung mit der daran befestigten Umformeinrichtung gelagert sein.
Die dritte, insbesondere äußere Aufhängung kann als Kreisringabschnitt ausgebildet sein und bspw. einen C-förmigen Querschnitt aufweisen („Halbmond“). An der dritten, insbesondere äußeren Aufhängung können die Lagereinheiten für die mittlere Aufhängung und/oder die zweite Antriebseinrichtung für die mittlere Aufhängung befestigt sein. Die Schwenkbewegung (Rotation) der dritten, insbesondere äußeren Aufhängung kann direkt durch die Motorwelle der dritten Antriebseinrichtung vorgegeben werden. Die dritte Antriebseinrichtung kann einen Motor, bspw. einen Elektromotor, aufweisen, wobei die dritte Schwenkachse und die Mittellängsachse der Motorwelle der dritten Antriebseinrichtung kongruent sind. Die dritte Antriebseinrichtung kann mittels einer ersten Ausgleichseinrichtung und/oder einer zweiten Ausgleichseinrichtung an einem als Tragestruktur für die Vorrichtung dienenden Rahmen befestigt sein, wie nachfolgend beschrieben.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung kann die Umformeinrichtung als auswechselbare Werkzeugeinheit ausgebildet sein. Hiermit kann die Umformeinrichtung je nach Querschnitt, Abmessungen und/oder der am Leiter vorzunehmenden Umformungen ausgewählt und angepasst werden. Die Umformeinrichtung kann eine plattenförmige Haltestruktur (Grundplatte) mit Bohrungen/Durchgängen zur Befestigung an der inneren Aufhängung (Hauptscheibe) aufweisen. Die Umformeinrichtung kann eine oder zwei Justiereinrichtungen zur Feineinstellung der Positionierung der Umformeinrichtung in der Ebene der Grundplatte aufweisen (Z-Y-Justiereinrichtung). Hierzu kann die Umformeinrichtung einen relativ zur Grundplatte einstellbaren Anschlag aufweisen. Der Anschlag kann mittels einer Fixierschraube relativ zur Grundplatte justiert und fixiert werden. In dem Anschlag können Bohrungen oder Durchgänge mit Gewinden zur Befestigung an der inneren Aufhängung (Hauptscheibe) ausgebildet sein. Die Vorrichtung kann mehrere unterschiedliche Werkzeugeinheiten aufweisen, bspw. kann mit der Vorrichtung ein Set unterschiedlicher Umformeinrichtungen vorgehalten werden.
Im Konkreten können die Umformabschnitte der Umformeinrichtung jeweils durch einen Stift oder durch eine Rolle gebildet sein. Der Stift oder die Rolle können mittels Wälzlager an oder in der Grundplatte gelagert sein. Es können vier Stifte/Rollen vorgesehen sein, von denen sich jeweils zwei einander gegenüberliegen. Es lassen sich unterschiedliche Umformeinrichtungen für unterschiedliche Umformungen bereitstellen. Zudem können konstruktiv einfache Umformeinrichtungen bereitgestellt werden (bspw. Ausführungen ohne Wälzlager) oder konstruktiv hochwertige Ausführungen (bspw. Ausführungen mit Wälzlagern) bereitgestellt werden. Mit einer Rolle ist dabei gemeint, dass das Lager zur Lagerung der Rolle in dem Längsbereich der Rotationsachse der Rolle angeordnet ist, in dem auch der Kontakt der Rolle zum Leiter stattfindet. Ein Stift kann über ein Lager, das entlang der Längsachse des Stifts zur Stelle an der der Stift den Leiter kontaktiert versetzt angeordnet ist, rotierbar gelagert sein.
In vorteilhafter Weise kann ein als Tragestruktur dienender Rahmen vorgesehen sein, wobei die Schwenkeinrichtungen mittels der ersten Ausgleichseinrichtung und/oder der zweiten Ausgleichseinrichtung mit dem Rahmen gekoppelt ist. Somit kann eine Kompensation der Schwenkbewegungen erfolgen, wobei die Schwenkeinrichtung(en) insgesamt relativ zum Rahmen bewegt werden kann/können.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung kann die erste Ausgleichseinrichtung einen entlang einer ersten Richtung, insbesondere entlang einer bezogen auf den Rahmen horizontalen Richtung, verfahrbaren ersten Schlitten aufweisen, der mittels einer vierten Antriebseinrichtung antreibbar ist, so dass die Umformeinrichtung entlang der Schwenkachse der dritten Schwenkeinrichtung bewegbar ist. Dadurch kann der bezogen auf den Leiter seitlichen Versatz (Versatz in Z-Richtung) als Effekt der Schwenkbewegung um die Y-Achse kompensiert werden.
Über die erste Ausgleichseinrichtung und die zweite Ausgleichseinrichtung kann die Umformeinrichtung entlang den beiden zur Transportrichtung orthogonalen Schwenkachsen translatorisch bewegbar sein.
Der erste Schlitten kann mittels vier Linearführungen (bspw. mit Käfigkugel) mit dem Rahmen gekoppelt sein. Zwei Linearführungen können an einer oberen Rahmenseite befestigt sein und zwei Linearführungen können an einer unteren Rahmenseite befestigt sein. Der erste Schlitten kann durch die vierte Antriebseinrichtung bewegt werden. Die vierte Antriebseinrichtung kann einen Motor, bspw. einen Elektromotor, aufweisen und am Rahmen fixiert sein. Mit der Motorwelle kann eine Spindel, bspw. eine Kugelrollspindel, gekoppelt sein, die mit einer am ersten Schlitten befestigten Mutter, bspw. einer Spindelmutter, zusammenwirkt. Die Motorwelle kann mittels einer Metallbalgkupplung mit der Spindel gekoppelt sein. Die Metallbalgkupplung dient als Ausgleichselement, mit dem bspw. ein Ausgleich von lateralem Versatz und axialen Bewegungen erfolgen kann.
In vorteilhafter Weise kann die zweite Ausgleichseinrichtung einen entlang einer zweiten Richtung, insbesondere entlang einer bezogen auf den Rahmen vertikalen Richtung, verfahrbaren zweiten Schlitten aufweisen, der mittels einer fünften Antriebseinrichtung antreibbar ist, so dass die Umformeinrichtung entlang einer zur Schwenkachse der zweiten Schwenkeinrichtung orthogonalen Achse bewegbar ist. Dadurch kann der bezogen auf den Leiter vertikalen Versatz (Versatz in Y-Richtung) als Effekt der Schwenkbewegung um die Z-Achse kompensiert werden. Der zweite Schlitten kann mittels mehreren, bspw. zwei oder vier, Linearführungen (bspw. mit Käfigkugel) mit dem Rahmen gekoppelt sein. Der zweite Schlitten kann mittels der fünften Antriebseinrichtung angetrieben werden. Die fünfte Antriebseinrichtung kann einen Motor, bspw. einen Elektromotor, aufweisen und am Rahmen fixiert sein. Mit der Motorwelle kann eine Spindel, bspw. eine Kugelrollspindel, gekoppelt sein, die mit einer am zweiten Schlitten befestigten Mutter, bspw. einer Spindelmutter, zusammenwirkt. Die Motorwelle kann mittels einer Metallbalgkupplung mit der Spindel gekoppelt sein. Die Metallbalgkupplung dient als Ausgleichselement, mit dem bspw. ein Ausgleich von lateralem Versatz und axialen Bewegungen erfolgen kann.
Zur weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung können auch die voranstehend im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen Maßnahmen dienen, die sich auch in vorrichtungsmäßiger Hinsicht lesen lassen.
Die eingangs genannte Aufgabe wird auch durch Verwendung einer Vorrichtung wie voranstehend beschrieben zum Formen eines vorzugsweise haarnadelförmigen Wicklungselements (Hairpin; Steckspule) aus einem Leiter gelöst. Dies kann entsprechend einer oder mehrerer Maßnahmen gemäß dem voranstehend beschriebenen Verfahren erfolgen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie der erfindungsgemäßen können die Öffnungsränder derart ausgebildet und angeordnet sein, dass sie eine im Wesentlichen rechteckige Auslassöffnung bilden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie der erfindungsgemäßen können die Umformabschnitte derart ausgebildet und angeordnet sein, dass sie eine im Wesentlichen rechteckige Umformöffnung bilden. Die Umformabschnitte können sich jeweils paarweise gegenüberliegend und parallel zueinander angeordnet sein, wobei die entsprechenden beiden Paare der Umformabschnitte um 90° versetzt zueinander angeordnet sein können.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher beschrieben, wobei gleiche oder funktional gleiche Elemente ggf. lediglich einmal mit Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen:

1 eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum Formen eines haarnadelförmigen Wicklungselements aus einem Leiter in einer perspektivischen Vorderansicht;
2 die Vorrichtung aus 1 in einer perspektivischen Rückansicht;
3 die Vorrichtung aus 1 in einer teilweisen und vergrößerten Vorderansicht;
4a-c eine Ausführungsform einer Umformeinrichtung der Vorrichtung aus 1 in mehreren Ansichten;
5a-c eine Ausführungsform einer Umformeinrichtung der Vorrichtung aus 1 in mehreren Ansichten;
6a-c eine Ausführungsform einer Umformeinrichtung der Vorrichtung aus 1 in mehreren Ansichten;
7 eine Veränderung der Orientierung der Umformabschnitte relativ zu den Öffnungsrändern der Führung in einer schematischen Darstellung.

1 zeigt eine Vorrichtung 10 zum Formen eines bspw. haarnadelförmigen Wicklungselements („Hairpin“) aus einem Leiter 12. Der Leiter 12 ist entlang einer Längsrichtung (X-Richtung) länglich erstreckt ausgebildet und weist eine sich entlang der Längsrichtung erstreckende Außenseite 13 auf. Die Komponenten der Vorrichtung 10 sind mit einem als Tragestruktur dienenden Rahmen 14 gekoppelt oder an diesem befestigt.
Die Vorrichtung 10 weist eine (in 1 teilweise verdeckte) Führung 16 sowie eine Umformeinrichtung 18 auf, durch die der Leiter 12 geführt wird. Die Umformeinrichtung 18 kann mittels mehrerer Schwenkeinrichtungen und mehrerer Ausgleichseinrichtungen relativ zur Führung 16 bewegt werden, wodurch sich der durch die Führung 16 und die Umformeinrichtung 18 geführte Leiter 12 zu einem bspw. haarnadelförmigen Wicklungselement umformen lässt. Dies wird nachfolgend im Einzelnen erläutert, wobei auf die in 1 eingezeichneten Raumachsen (X-Achse, Y-Achse und Z-Achse) Bezug genommen wird. Die X-Achse erstreckt sich entlang der Längsrichtung des Leiters 12, die Y-Achse erstreckt sich orthogonal hierzu nach oben (in 1 senkrecht nach oben) und die Z-Achse erstreckt sich orthogonal zur X-Y-Ebene (in 1 nach schräg links unten).
Wie bereits angedeutet, weist die Vorrichtung 10 eine Führung 16 auf (in 1 teilweise verdeckt), die eine Auslassöffnung 20 aufweist (siehe 7). Die Öffnungsränder 22 der Auslassöffnung 20 sind ausgebildet und angeordnet, um den Leiter 12 beim Durchtritt durch die Auslassöffnung 20 von zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen her beidseitig (von vier Seiten her) zu kontaktieren (in 7 nur angedeutet) .
Wie ebenfalls zuvor angedeutet, weist die Vorrichtung 10 eine Umformeinrichtung 18 auf, die in Transportrichtung des Leiters 12 (X-Achse) unmittelbar auf die Auslassöffnung 20 folgend angeordnet ist und eine Umformöffnung 24 umfasst. An dem Rand oder den Rändern der Umformöffnung 24 sind vier Umformabschnitte 26 angeordnet, die dazu ausgebildet und angeordnet sind, um den Leiter 12 beim Durchtritt durch die Umformöffnung 24 von zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen her beidseitig, also von vier Seiten her, an seiner Außenseite 13 zu kontaktieren. Die vier Umformabschnitte 26 sind derart ausgebildet und angeordnet, dass die Umformöffnung 24 weitestgehend rechteckig ausgebildet ist.
Die Vorrichtung 10 weist mindestens eine Schwenkeinrichtung und mindestens eine Ausgleicheinrichtung auf, die derart mit der Umformeinrichtung 18 zusammenwirken, dass die Umformabschnitte 26 relativ zu den Öffnungsrändern 22 um mindestens eine Schwenkachse 28 verschwenkbar und entlang mindestens einer Ebene 30 bewegbar sind, deren Normalenvektor die Schwenkachse 28 ist (in 7 veranschaulicht).
Im Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 10 eine erste Schwenkeinrichtung 32, eine zweite Schwenkeinrichtung 34, eine dritte Schwenkeinrichtung 36, eine erste Ausgleichseinrichtung 38 und eine zweite Ausgleichseinrichtung 40 auf.
Die erste Schwenkeinrichtung 32 weist eine erste, innere Aufhängung 42 auf, an der die Umformeinrichtung 18 befestigt, bspw. verschraubt ist. Die innere Aufhängung 42 ist um eine sich entlang der Transportrichtung des Leiters 12 erstreckende erste Schwenkachse (X-Achse) schwenkbar gelagert und mittels einer ersten Antriebseinrichtung 44 verschwenkbar. Hiermit kann der Leiter 12 um die Transportrichtung (X-Achse) herum umgeformt werden (Torsion des Leiters 12 um die X-Achse). Da hierbei kein Versatz stattfindet (Mittellängsachsen der Auslassöffnung 20 und der Umformöffnung 24 sind kongruent bzw. liegen beide auf der X-Achse), ist an der ersten Schwenkeinrichtung 32 keine Ausgleichseinrichtung erforderlich.
Die innere Aufhängung 42 (Hauptscheibe 42) ist scheibenförmig ausgebildet und weist eine Aussparung 43 auf, die zur Seite hin offen ist (Kreisringabschnitt). Durch die Aussparung 43 wird Raum für die Umformung des Leiters 12 geschaffen. An der inneren Aufhängung 42 sind Befestigungsabschnitte 46 für die Umformeinrichtung 18 ausgebildet, die als Befestigungspunkte Bohrungen oder Durchgänge mit Innengewinden zur Schraubbefestigung aufweisen (ohne Bezugszeichen). Die innere Aufhängung 42 ist durch mehrere Lager 48 schwenkbar gehalten, die bezogen auf die Transportrichtung (X-Achse) bspw. um 120° versetzt sind. Diese Lager 48 sind an der mittleren Aufhängung 50 befestigt, wie weiter unten beschrieben.
Die innere Aufhängung 42 weist an ihrem Außenumfang einen radial abragenden Bund 52 auf, der mit einer in den Lagern 48 jeweils ausgebildeten Nut 54 korrespondiert. Die erste Antriebseinrichtung 44 kann einen Motor, bspw. einen (bürstenlosen) Elektromotor, aufweisen, der die innere Aufhängung 42 um deren Schwenkachse (X-Achse) antreiben kann. Die Antriebseinrichtung 44 und die innere Aufhängung 42 sind mittels einer Zahnradverbindung oder eines Schraubradgetriebes gekoppelt. Die Motorwelle der Antriebseinrichtung 44 und die Schwenkachse (X-Achse) sind parallel zueinander orientiert.
Die zweite Schwenkeinrichtung 34 weist eine zweite, mittlere Aufhängung 50 auf, die um eine zur Transportrichtung (X-Achse) orthogonale zweite (hier vertikale) Schwenkachse (Y-Achse) schwenkbar gelagert und mittels einer zweiten Antriebseinrichtung 56 verschwenkbar ist (Schwenkbewegung um die Y-Achse). Hiermit ist eine Umformung des Leiters in einer Ebene möglich („2D-Umformung“, d.h. Umformung zu einem flachen Hairpin).
An der mittleren Aufhängung 50 sind die innere Aufhängung 42 und die daran befestigte Umformeinrichtung 18 gelagert. Die mittlere Aufhängung 50 (zweite Scheibe 50) ist scheibenförmig ausgebildet und weist eine Aussparung 58 auf (flacher Kreisringabschnitt). Durch die Aussparung 58 wird Raum für die Umformung des Leiters 12 geschaffen. An der mittleren Aufhängung 50 sind jeweils mittels einer Schraubverbindung die Lager 48 befestigt. Die erste Antriebseinrichtung 44 für die innere Aufhängung 42 ist ebenfalls an der mittleren Scheibe 50 befestigt, bspw. mittels Schraubverbindungen.
Die Schwenkbewegung (Rotation) der mittleren Aufhängung 50 ist direkt durch die Motorwelle (ohne Bezugszeichen) der zweiten Antriebseinrichtung 56 vorgegeben. Die zweite Antriebseinrichtung 56 weist einen Motor, bspw. einen (bürstenlosen) Elektromotor, auf, wobei die zweite Schwenkachse (Y-Achse) und die Mittellängsachse der Motorwelle kongruent sind. Die zweite Antriebseinrichtung 56 ist an einer äußeren Aufhängung 60 befestigt, wie nachfolgend beschrieben. Eine Befestigung der mittleren Aufhängung 50 an der äußeren Aufhängung 60 erfolgt mittels Lagereinheiten 62, die eine Schwenkbewegung um die zweite Schwenkachse (Y-Achse) ermöglichen. Die Lagereinheiten 62 weisen mehrere Befestigungsabschnitte 64, Bolzen 66 und Wälzlager (nicht dargestellt) auf.
Die dritte Schwenkeinrichtung 36 weist eine dritte, äußere Aufhängung 60 auf, die um eine zur Transportrichtung orthogonale dritte (hier vertikale) Schwenkachse (Z-Achse) schwenkbar gelagert und mittels einer dritten Antriebseinrichtung 68 verschwenkbar ist (Schwenkbewegung um die Z-Achse). Hiermit ist eine Umformung des Leiters 12 in einer weiteren Ebene möglich („2D-Umformung“), bspw. einer bezogen auf den Rahmen 14 der Vorrichtung 10 vertikalen Ebene (X-Y-Ebene). Zusammen mit der zweiten Schwenkeinrichtung 34 ist somit eine dreidimensionale Umformung des Leiters 12 zu einem Wicklungselement möglich („3D-Umformung“).
An der äußeren Aufhängung 60 sind die mittlere Aufhängung 50 und die innere Aufhängung 42 mit der daran befestigten Umformeinrichtung 18 gelagert. Die äußere Aufhängung 60 ist als Kreisringabschnitt ausgebildet und weist einen C-förmigen Querschnitt auf. An der äußeren Aufhängung 60 sind die Lagereinheiten 62 und die zweite Antriebseinrichtung 56 für die mittlere Aufhängung 50 befestigt.
Die Schwenkbewegung (Rotation) der äußeren Aufhängung 60 wird direkt durch die Motorwelle (ohne Bezugszeichen) der dritten Antriebseinrichtung 68 vorgegeben. Die dritte Antriebseinrichtung 68 weist einen Motor, bspw. einen (bürstenlosen) Elektromotor, auf, wobei die dritte Schwenkachse (Z-Achse) und die Mittellängsachse der Motorwelle der dritten Antriebseinrichtung 68 kongruent sind. Die dritte Antriebseinrichtung 68 ist mittels der ersten Ausgleichseinrichtung 38 und/oder der zweiten Ausgleichseinrichtung 40 an dem Rahmen 14 befestigt, wie weiter unten beschrieben.
Die Umformeinrichtung 18 ist als auswechselbare Werkzeugeinheit ausgebildet (siehe 4 bis 6). Hiermit kann die passende Umformeinrichtung 18 ausgewählt und an die Umformung angepasst werden.
Die Umformeinrichtung 18 weist eine plattenförmige Haltestruktur 70 (Grundplatte 70) mit Bohrungen/Durchgängen zur Befestigung an der inneren Aufhängung 42 auf. Die Umformeinrichtung 18 weist zwei Justiereinrichtungen 72, 74 zur Feineinstellung der Umformeinrichtung 18 in der Ebene der Grundplatte 70 auf. Hierzu weist die Umformeinrichtung 18 relativ zur Grundplatte 18 einstellbare Anschläge 76, 78 auf. Der Anschlag 76, 78 kann jeweils mittels einer Fixierschraube 80 relativ zur Grundplatte 70 justiert und fixiert werden. Im Anschlag 76, 78 können Bohrungen oder Durchgänge mit Gewinden zur Befestigung an der inneren Aufhängung 42 ausgebildet sein (ohne Bezugszeichen). Die Vorrichtung 10 kann mehrere unterschiedliche Umformeinrichtungen 18 bzw. Werkzeugeinheiten aufweisen, bspw. kann mit der Vorrichtung 10 ein Set unterschiedlicher Umformeinrichtungen 18 vorgehalten werden.
Die Umformabschnitte 26 der Umformeinrichtung 18 sind jeweils durch einen Stift 82 oder durch eine Rolle 84 gebildet, die optional mittels eines Wälzlagers 86 an der Umformeinrichtung 18 gelagert sein können. Auf Grund der rechteckigen Querschnittsform des Leiters 12 sind jeweils vier Umformabschnitte 26 vorgesehen.
Zur Bereitstellung einer konstruktiv einfachen Umformeinrichtung 18 können die Stifte 82 (ohne Wälzlager) an oder in der Grundplatte 70 befestigt werden (siehe 5). Wird der Leiter 12 durch die Umformöffnung 24 geführt, drehen sich die Stift 82 nicht oder nur geringfügig mit. Konstruktiv höherwertige Lösungen lassen sich durch Ausführungen mit Wälzlagern erreichen. So können die Stifte 82 mittels Wälzlagern 86 an bzw. in der Grundplatte 70 gelagert werden (siehe 4a). Ebenso können Rollen 84 mittels Wälzlagern 86 an bzw. in der Grundplatte 70 gelagert werden (siehe 6a). Die Rollen 84 bzw. die Wälzlager 86 können mittels Schrauben 88 an Lagerböcken 90 befestigt werden, die an der Grundplatte 70 befestigt sind.
Wie bereits angedeutet, weist die Vorrichtung 10 als Tragestruktur einen Rahmen 14 auf, wobei die dritte Schwenkeinrichtung 36 mittels der ersten Ausgleichseinrichtung 38 und der zweiten Ausgleichseinrichtung 40 mit dem Rahmen 14 gekoppelt ist.
Die erste Ausgleichseinrichtung 38 weist einen entlang einer bezogen auf den Rahmen 14 horizontalen Richtung verfahrbaren ersten Schlitten 92 auf, der mittels einer vierten Antriebseinrichtung 94 antreibbar ist, so dass die Umformeinrichtung 18 entlang der Schwenkachse der dritten Schwenkeinrichtung (Z-Achse) bewegbar ist. Dadurch kann der bezogen auf den Leiter 12 seitlichen Versatz (Versatz in Z-Richtung) als Effekt der Schwenkbewegung um die Y-Achse kompensiert werden.
Der erste Schlitten 92 kann mittels vier Linearführungen 96 (bspw. mit Käfigkugel) mit dem Rahmen 14 gekoppelt sein. Zwei Linearführungen 96 sind an einem oberen Rahmenabschnitt 14' befestigt und zwei Linearführungen 96 sind an einem unteren Rahmenabschnitt 14'' befestigt. Der erste Schlitten 92 kann durch die vierte Antriebseinrichtung 94 entlang der Linearführungen 96 bewegt werden. Die vierte Antriebseinrichtung 96 kann einen Motor, bspw. einen (bürstenlosen) Elektromotor, aufweisen und am Rahmen 14 fixiert sein. Mit der Motorwelle ist eine Spindel 98 (Kugelrollspindel 98), gekoppelt, die mit einer am ersten Schlitten 92 befestigten Mutter (Spindelmutter; nicht dargestellt) zusammenwirkt. Die Motorwelle der vierten Antriebseinrichtung 96 ist mittels einer Metallbalgkupplung 100 mit der Spindel 98 gekoppelt.
Die zweite Ausgleichseinrichtung 40 weist einen entlang einer bezogen auf den Rahmen 14 vertikalen Richtung verfahrbaren zweiten Schlitten 102 auf, der mittels einer fünften Antriebseinrichtung 104 antreibbar ist, so dass die Umformeinrichtung 18 entlang einer zur Schwenkachse der dritten Schwenkeinrichtung 36 (Z-Achse) orthogonalen Achse bewegbar ist (Y-Achse). Dadurch kann der bezogen auf den Leiter 12 vertikalen Versatz (Versatz in Y-Richtung) als Effekt der Schwenkbewegung um die Z-Achse kompensiert werden.
Der zweite Schlitten 102 ist mittels zwei Linearführungen 106 (bspw. mit Käfigkugel) mit dem Rahmen 14 gekoppelt. Der zweite Schlitten 102 kann mittels der fünften Antriebseinrichtung 104 entlang der Linearführungen 106 angetrieben werden. Die fünfte Antriebseinrichtung 104 weist einen Motor, bspw. einen (bürstenlosen) Elektromotor, auf und ist am Rahmen 14 fixiert. Mit der Motorwelle der fünften Antriebseinrichtung 104 ist eine Spindel 108 (Kugelrollspindel 108) gekoppelt, die mit einer am zweiten Schlitten 102 befestigten Mutter (Spindelmutter; nicht dargestellt) zusammenwirkt. Die Motorwelle ist mittels einer Metallbalgkupplung 110 mit der Spindel 108 gekoppelt.
Das Verfahren zum Formen eines vorzugsweise haarnadelförmigen Wicklungselements (Hairpin; Steckspule) aus einem Leiter 12, der entlang einer Längsrichtung (X-Achse) länglich erstreckt ausgebildet ist und eine sich entlang der Längsrichtung erstreckende Außenseite 13 aufweist, arbeitet folgendermaßen:
Zunächst erfolgt ein Durchführen des Leiters 12 durch die Führung 16, wobei die Führung 16 eine Auslassöffnung 20 aufweist, deren Öffnungsränder 22 beim Durchtritt des Leiters 12 die Außenseite 13 des Leiters von zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen her beidseitig (von vier Seiten her) kontaktieren.
Darauf erfolgt ein Durchführen des aus der Führung 16 austretenden Leiters 12 durch eine (in Transportrichtung des Leiters 12) direkt auf die Auslassöffnung 20 folgende Umformeinrichtung 18, die eine Umformöffnung 24 umfasst, an deren Rand oder Rändern mehrere Umformabschnitte 26 angeordnet sind. Die Umformabschnitte 26 kontaktieren die Außenseite 13 des Leiters 12 von zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen her beidseitig (von vier Seiten her).
Darauf erfolgt ein Umformen des Leiters 12 durch Bewegen des Leiters 12 durch die Umformöffnung 24 hindurch bei gleichzeitigem Verändern der Orientierung der Umformabschnitte 26 relativ zu den Öffnungsrändern 22 der Führung 20. Dabei werden die Umformabschnitte 26 (oder mit anderen Worten die Umformeinrichtung 18 insgesamt) im Laufe des Umformvorgangs relativ zu den Öffnungsrändern 22 um mindestens eine Schwenkachse 28 verschwenkt und entlang mindestens einer Ebene 30 bewegt, deren Normalenvektor die Schwenkachse 28 ist.
Bei der Änderung der Orientierung der Umformabschnitte 26 relativ zu den Öffnungsrändern 22 der Führung 16 wird der Umformabschnitt 26 an der Innenseite des am Leiter 12 auszubildenden Bogens (Innenradius) in seiner Relativposition gegenüber den Öffnungsrändern 22 der Führung 16 geringer verändert als die anderen Umformabschnitte und verbleibt vorzugsweise in seiner Relativposition gegenüber den Öffnungsrändern 22. Dadurch wird der sich durch die Schwenkbewegung ergebende „Lochversatz“ praktisch ausgeglichen.
Dieser Aspekt ist in 7 veranschaulicht. Die Ausgangsstellung der Umformeinrichtung 18 bzw. der Umformabschnitte 26 (durchlaufender Leiter 12 würde keine Umformung erfahren) ist in 7 mit durchgezogenen Linien gezeichnet. Eine mögliche Umformstellung der Umformeinrichtung 18 bzw. der Umformabschnitte 26 (durchlaufender Leiter 12 wird wie dargestellt umgeformt) ist mit gestrichelten Linien gezeichnet. Würde die Orientierung der Umformeinrichtung 18 relativ zu den Öffnungsrändern 22 ausgehend von der Ausgangsstellung (durchgezogene Linien) ohne Kompensation des Lochversatzes erfolgen, würde die Umformeinrichtung 18 um eine den Leiter 12 zentrisch schneidende Schwenkachse verschwenkt werden, was zur Folge hätte, dass der Leiter 12 durch die Umformabschnitte 26 von zwei gegenüberliegenden Seiten her belastet werden würde (nicht dargestellt).
Um dies zu vermeiden, wird die Umformeinrichtung 18 nicht nur verschwenkt, sondern in der Schwenkebene 30, deren Normalenvektor die Schwenkachse 28 ist, translatorisch in Richtung auf die Innenseite der Umformung (Innenradius) hin bewegt (veranschaulicht durch Pfeil 31). Dies erfolgt derart, dass der an der Innenseite des Bogens angeordnete Umformabschnitt 26' seine Relativposition zu den Öffnungsrändern 22 während der Umformung nicht oder nur in vernachlässigbarer Weise verändert. Die überlagerte Schwenkbewegung und translatorische Ausgleichsbewegung sind also quasi insbesondere derart aufeinander abgestimmt, dass der Umformabschnitt 26' beim Verschwenken gegenüber den Öffnungsrändern 22 keine Relativbewegung ausführt.
Das Verschwenken der Umformabschnitte 26 relativ zu den Öffnungsrändern 22 der Führung 16 kann schrittweise oder kontinuierlich erfolgen, wie oben erläutert.
Die Umformabschnitte 26 können relativ zu den Öffnungsrändern 22 der Führung 16 gleichzeitig um mehrere Schwenkachsen verschwenkt und entlang mehrerer Ebenen bewegt werden. Damit lassen sich nicht nur eine zweidimensionale, sondern auch eine dreidimensionale Verformung eines Leiters 12 zu einem Wickelelement erreichen, wie oben dargestellt. Eine überlagerte Kompensation zweier translatorischer Ausgleichsbewegungen kann bspw. derart erfolgen, dass die Mitte des den Leiter kontaktierenden Teils des bzw. Umformabschnitte 26 keine Relativbewegung ausführt.
Der Leiter 12 weist einen (orthogonal zur Längsrichtung; X-Achse) im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf. Bei dem Leiter 12 handelt es sich um einen Draht. Wenngleich in den 1 und 2 aus Verständnisgründen anders dargestellt, handelt es sich bei dem Leiter 12 um ein Leiterstück bzw. einen Leiterabschnitt (kein Endlosmaterial oder Endlosdraht).
Der Leiter 12 weist eine isolierende Ummantelung auf. Hierbei handelt es sich um eine Beschichtung, bspw. eine Lackschicht. Hiermit ist der Leiter 12 bereits fertig isoliert, so dass die Umformung des Leiters 12 zusammen mit seiner isolierenden Ummantelung erfolgt.
Der Leiter 12 kann Kupfer umfassen oder aus Kupfer bestehen oder einen Kupferkern mit einer isolierenden Ummantelung aufweisen.

Claims

Verfahren zum Formen eines haarnadelförmigen Wicklungselements aus einem Leiter (12), wobei der Leiter (12) entlang einer Längsrichtung (X) länglich erstreckt ausgebildet ist und eine sich entlang der Längsrichtung (X) erstreckende Außenseite (13) aufweist, gekennzeichnet durch folgende Schritte: - Durchführen des Leiters (12) in einer Transportrichtung, die der Längsrichtung des (X) des Leiters entspricht, durch eine Führung (16), wobei die Führung (16) eine Auslassöffnung (20) aufweist, deren Öffnungsränder (22) beim Durchtritt des Leiters (12) die Außenseite (13) des Leiters (12) von zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen her beidseitig kontaktieren; - Durchführen des aus der Führung (16) austretenden Leiters (12) durch eine auf die Auslassöffnung (20) folgende Umformeinrichtung (18), die eine Umformöffnung (24) umfasst, an deren Rand mehrere Umformabschnitte (26) angeordnet sind, wobei die Umformabschnitte (26) die Außenseite (13) des Leiters (12) von zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen her beidseitig kontaktieren; und - Umformen des Leiters (12) durch Bewegen des Leiters (12) durch die Umformöffnung (24) hindurch bei gleichzeitigem Verändern der Orientierung der Umformabschnitte (26) relativ zu den Öffnungsrändern (22) der Führung (16), wobei die Umformabschnitte (26) im Laufe des Umformvorgangs relativ zu den Öffnungsrändern (22) um mindestens eine Schwenkachse (28, Y, Z), die orthogonal zur Transportrichtung verläuft, verschwenkt und entlang mindestens einer Ebene (30) translatorisch bewegt werden, deren Normalenvektor die Schwenkachse (28, Y, Z) ist und/oder wobei die Umformabschnitte (26) im Laufe des Umformvorgangs relativ zu den Öffnungsrändern (22) um mindestens eine Schwenkachse (X), die der Transportrichtung (X) entspricht, verschwenkt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Änderung der Orientierung der Umformabschnitte (26) relativ zu den Öffnungsrändern (22) der Führung während des Umformens (16) der Umformabschnitt (26') an einer Innenseite eines am Leiter (12) auszubildenden Bogens in seiner Relativposition gegenüber den Öffnungsrändern (22) der Führung (16) geringer verändert wird als die anderen Umformabschnitte (26), vorzugsweise in seiner Relativposition gegenüber den Öffnungsrändern (22) unverändert bleibt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschwenken der Umformabschnitte (26) relativ zu den Öffnungsrändern (22) der Führung (16) schrittweise oder kontinuierlich erfolgt.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformabschnitte (26) relativ zu den Öffnungsrändern (22) der Führung (20) gleichzeitig oder nacheinander um mehrere Schwenkachsen (28, X, Y, Z) verschwenkt, insbesondere und entlang mehrerer Ebenen (30) bewegt werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter (12) einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist und/oder dass es sich bei dem Leiter (12) um einen Draht handelt.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter (12) ein Leiterstück oder Leiterabschnitt ist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter (12) eine isolierende Ummantelung aufweist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter (12) Kupfer umfasst oder aus Kupfer besteht oder einen Kupferkern mit einer isolierenden Ummantelung aufweist.
Vorrichtung (10) zum Formen eines haarnadelförmigen Wicklungselements aus einem Leiter (12), gekennzeichnet durch eine Führung (16), wobei die Führung (16) eine Auslassöffnung (20) aufweist, deren Öffnungsränder (22) ausgebildet und angeordnet sind, um den Leiter (12) beim Durchtritt durch die Auslassöffnung (20) von zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen her beidseitig an seiner Außenseite (13) zu kontaktieren; eine Umformeinrichtung (18), die auf die Auslassöffnung (20) folgend angeordnet ist und eine Umformöffnung (24) umfasst, an deren Rand mehrere Umformabschnitte (26) angeordnet sind, wobei die Umformabschnitte (26) ausgebildet und angeordnet sind, um den Leiter (12) beim Durchtritt durch die Umformöffnung (24) von zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen her beidseitig an seiner Außenseite (13) zu kontaktieren; wobei die Vorrichtung (10) mindestens eine Schwenkeinrichtung (34, 36) und mindestens eine Ausgleichseinrichtung (38, 40) aufweist, die derart mit der Umformeinrichtung (18) zusammenwirken, dass die Umformabschnitte (26) relativ zu den Öffnungsrändern (22) um mindestens eine Schwenkachse (28, Y, Z), die orthogonal zur Transportrichtung (X) verläuft, verschwenkbar und entlang mindestens einer Ebene (30) translatorisch bewegbar sind, deren Normalenvektor die Schwenkachse (28, X, Y, Z) ist und/oder wobei die Vorrichtung (10) mindestens eine Schwenkeinrichtung (32) aufweist, die derart mit der Umformeinrichtung (18) zusammenwirkt, dass die Umformabschnitte (26) relativ zu den Öffnungsrändern (22) um mindestens eine Schwenkachse (X) , die der Transportrichtung entspricht, verschwenkbar sind.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) eine erste Schwenkeinrichtung (32), eine zweite Schwenkeinrichtung (34) und/oder eine dritte Schwenkeinrichtung (36) umfasst, sowie eine erste Ausgleichseinrichtung (38) und/oder zweite Ausgleichseinrichtung (40).
Vorrichtung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schwenkeinrichtung (32) eine erste, insbesondere innere Aufhängung (42) aufweist, an der die Umformeinrichtung (18) befestigt ist, wobei die erste, insbesondere innere Aufhängung (42) um eine sich entlang der Transportrichtung des Leiters (12) erstreckende Schwenkachse (X) schwenkbar gelagert und mittels einer ersten Antriebseinrichtung (44) verschwenkbar ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schwenkeinrichtung (34) eine zweite, insbesondere mittlere Aufhängung (50) aufweist, die um eine zur Transportrichtung (X) orthogonale zweite Schwenkachse (Y), vorzugsweise eine vertikale Schwenkachse (Y), schwenkbar gelagert und mittels einer zweiten Antriebseinrichtung (56) verschwenkbar ist.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Schwenkeinrichtung (36) eine dritte, insbesondere äußere Aufhängung (60) aufweist, die um eine zur Transportrichtung (X) orthogonale dritte Schwenkachse (Z), vorzugsweise eine horizontale Schwenkachse (Z), schwenkbar gelagert und mittels einer dritten Antriebseinrichtung (68) verschwenkbar ist.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformeinrichtung (18) als auswechselbare Werkzeugeinheit ausgebildet ist.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformabschnitte (26) der Umformeinrichtung (18) jeweils durch einen Stift (82) oder durch eine Rolle (84) gebildet ist.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein als Tragestruktur dienender Rahmen (14) vorgesehen ist, wobei die dritte Schwenkeinrichtung (36) mittels der ersten Ausgleichseinrichtung (38) und/oder der zweiten Ausgleichseinrichtung (40) mit dem Rahmen (14) gekoppelt ist.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ausgleichseinrichtung (38) einen entlang einer ersten Richtung (Z), insbesondere einer bezogen auf den Rahmen horizontalen Richtung (Z), verfahrbaren ersten Schlitten (92) aufweist, der mittels einer vierten Antriebseinrichtung (94) antreibbar ist, so dass die Umformeinrichtung (18) entlang der Schwenkachse (Z) der dritten Schwenkeinrichtung (36) bewegbar ist.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ausgleichseinrichtung (40) einen entlang einer zweiten Richtung (Y), insbesondere einer bezogen auf den Rahmen (14) vertikalen Richtung (Y), verfahrbaren zweiten Schlitten (102) aufweist, der mittels einer fünften Antriebseinrichtung (104) antreibbar ist, so dass die Umformeinrichtung (18) entlang einer zur Schwenkachse () der dritten Schwenkeinrichtung (36) orthogonalen Achse (Y) bewegbar ist.
Verwendung einer Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 18 zum Formen eines vorzugsweise haarnadelförmigen Wicklungselements aus einem Leiter (12), insbesondere gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8.