DE102018114875A1

DE102018114875A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines mit Wicklungen versehenen Maschinenelements für eine elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102018114875A1
Application number: DE102018114875.5A
Authority: DE
Inventors: Manfred Metzger
Original assignee: Grob Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Grob Werke GmbH and Co KG
Priority date: 2017-06-20
Filing date: 2018-06-20
Publication date: 2018-12-20
Also published as: EP3642934A1; EP3642933A1; US11522423B2; EP3642933B1; US11218061B2; DE102018114846A1; WO2018233771A1; WO2018233774A1; US20200177065A1; DE102018114780A1; CN111164857B; US20220069682A1; CN111164857A; CN111033944A; WO2018233769A1; US20200212771A1; US11652392B2; CN111033944B

Abstract

Eine Vorrichtung zur Herstellung eines mit Wicklungen versehenen Maschinenelements für eine elektrische Maschine umfasst mindestens eine Hilfsvorrichtung (38, 39) zur Bereitstellung vorgesteckter Hairpins, die so zueinander ausgerichtet sind wie im herzustellenden Maschinenelement; und eine Fügeinrichtung (35) zur Entnahme der zueinander ausgerichteten Hairpins (2) aus der Hilfsvorrichtung (38, 39) und zum Einbringen in ein Maschinenelement (37). Ein Verfahren umfasst das Bereitstellen von Hairpins (2), das Vorstecken der Hairpins in die Hilfsvorrichtung (38, 39), wobei sie so zueinander ausgerichtet werden wie im herzustellenden Maschinenelement, das Entnehmen der zueinander ausgerichteten Hairpins aus der Hilfsvorrichtung (38, 39), und das Einbringen der zueinander ausgerichteten Hairpins in das Maschinenelement (37).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines mit Wicklungen versehenen Maschinenelements für eine elektrische Maschine.
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. Maschinenelemente derartiger elektrischer Maschinen sind beispielsweise Statoren oder Rotoren. Diese weisen elektrisch leitende Wicklungen bzw. Windungen auf, die eine Spulenwicklung zur Erzeugung eines Magnetfelds bilden.
Zum Beispiel bestehen Elektromotoren aus einem rotierenden Rotor und einem unbewegten Stator. Sowohl der Rotor als auch der Stator weisen eine Vielzahl von zueinander isolierten elektrischen Leitungen auf, welche die Wicklungen bzw. Windungen bilden, in denen bei Stromfluss das zur Bewegung des Elektromotors nötige magnetische Feld erzeugt wird. Bei der Herstellung von Statoren für Elektromotoren müssen somit eine Vielzahl von parallel zueinander laufenden Leitungen auf engstem Raum mit hoher geometrischer Genauigkeit zueinander ausgerichtet werden. Somit sind Herstellungsverfahren für Statoren kompliziert und kostenaufwändig. Gleiches gilt für Rotoren von Elektromotoren. Im Folgenden sind die Aussagen für Statoren auch sinngemäß für Rotoren zutreffend.
Eine effiziente Herstellungsweise für Statoren ist die Verwendung von sogenannten Hairpins zur Bildung der Wicklungen. Dabei werden die Wicklungen aus einer Vielzahl von Drahtstücken gebildet, deren Enden miteinander verbunden werden. Derartige Drahtstücke werden oftmals als Hairpins bezeichnet. Der Draht, aus dem die Hairpins geformt werden, kann insbesondere einen rechteckigen Querschnitt haben, als Flach-, Vierkant oder Profildraht ausgestattet sein, oder zum Beispiel als Flachbandstahl oder ähnliches vorliegen.
Beispielsweise dient ein Statorelement mit einer Vielzahl von Nuten zur Aufnahme der Hairpins, um auf diese Weise ein mit Wicklungen versehenes Maschinenelement in Form eines Stators zu bilden.
Ein Beispiel eines bekannten Hairpins ist in 2a in einer Seitenansicht gezeigt. Der Hairpin 2 weist zwei parallel zueinander verlaufende Schenkel 21 auf, sowie mehrere Winkel, aus denen sich eine Dachform ergibt, die auch als Hausdachform bezeichnet wird. Um bei der Herstellung von Statoren eine Vielzahl von Hairpins möglichst dicht gepackt zusammenzustecken, sind die Hairpins in ihrem Dachbereich in einer Richtung gebogen, die senkrecht zur Ebene des Hairpins verläuft, das heißt senkrecht zur Zeichenebene der 2a.
2b zeigt den Hairpin 2 in einer vergrößerten Ansicht von oben auf sein Dach. In dieser Ansicht verlaufen die beiden Schenkel 21 des Hairpins 2 senkrecht zur Zeichenebene. Der so gebogene Draht oder Hairpin weist eine dreidimensionale Form bzw. eine 3-D Form auf.
Um beispielsweise einen Stator unter Verwendung von Hairpins als elektrische Leiter herzustellen, müssen die verschiedenen Hairpins so im Stator verbaut werden, dass sie einen oder mehrere ringförmige Kränze bilden. An ihren Enden bzw. an den Enden ihrer Schenkel werden die einzelnen Hairpins elektrisch miteinander verbunden und bilden auf diese Weise eine dicht gepackte Spulenwicklung in der Form eines oder mehrerer Kränze. Die Verbindung der Enden der Hairpins erfolgt üblicherweise durch Schweißen.
Um die Phasen des Stators an eine Leistungselektronik anzuschließen, wird beispielsweise ein Element zur entsprechenden Verschaltung elektrisch an die Kranzanordnung angeschlossen.
Allerdings ist der Zusammenbau solcher Hairpins zu einem elektrisch funktionierenden Stator aufwändig, fehleranfällig und verursacht hohe Kosten. Beispielsweise werden bei bisher bekannten Verfahren zur Herstellung eines Stators in Hairpin-Technologie die Hairpins manuell in den Stator gesteckt.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, die Herstellung von Maschinenelementen, die mit Wicklungen versehen sind und in elektrischen Maschinen zum Einsatz kommen, zu vereinfachen und effektiver zu gestalten.
Zum Lösen dieser Aufgabe schafft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung eines mit Wicklungen versehenen Maschinenelements für eine elektrische Maschine, umfassend mindestens eine Hilfsvorrichtung zur Bereitstellung vorgesteckter Hairpins, die so zueinander ausgerichtet sind wie im herzustellenden Maschinenelement, und eine Fügeinrichtung zur Entnahme der zueinander ausgerichteten Hairpins aus der Hilfsvorrichtung und zum Einbringen in das Maschinenelement.
Dadurch kann eine gesamte Anordnung einer Vielzahl von Hairpins, so wie sie im herzustellenden Maschinenelement relativ zueinander ausgerichtet und angeordnet sind, sehr schnell, zuverlässig und vollautomatisiert hergestellt und in einem Maschinenelement, wie zum Beispiel einem Stator oder Rotor, verbaut werden.
Beispielsweise umfasst die Hilfsvorrichtung ein Aufnahmeelement mit Nuten zur Aufnahme der Hairpins und ist insbesondere derart gestaltet, dass die Hairpins in der Hilfsvorrichtung einen Pinkranz bilden.
Vorzugsweise ist ein verschiebbares Halteelement zum Einführen in die mit Hairpins bestückte Hilfsvorrichtung vorgesehen, um die Hairpins unter Beibehaltung ihrer geometrischen Anordnung zueinander aus der Hilfsvorrichtung zu entnehmen und in das Maschinenelement einzubringen.
Vorteilhaft ist eine Greifvorrichtung vorgesehen, um die in der Hilfsvorrichtung vorgesteckten und zueinander ausgerichteten Hairpins von außen zu greifen, ohne deren geometrische Ausrichtung zueinander zu verändern.
Insbesondere umfasst die Vorrichtung zwei kreisförmig angeordnete Greifelemente, die unabhängig voneinander geöffnet und geschlossen werden können, um die als Pinkranz ausgerichteten Hairpins an unterschiedlichen Positionen von außen zu greifen.
Vorteilhafterweise umfasst die Hilfsvorrichtung Nuten, die größer sind als die Nuten des Maschinenelements zur Aufnahme der Hairpins.
Die Nuten können an ihrem oberen Ende Einführschrägen zum Einführen der Hairpins aufweisen.
Vorteilhaft sind die Nuten derart gestaltet, dass darin gesteckte Hairpins geringfügig verschiebbar und/oder kippbar sind.
Die Nuten sind insbesondere in einem ringförmigen Grundelement um dessen Mitte M herum angeordnet, wobei die Position der Zentren Z der jeweiligen Nuten zueinander und zur Mitte M des Grundelements der Position der Nuten des Maschinenelements entspricht, welches die Anordnung der Hairpins aufnehmen wird.
Vorteilhaft weisen die Nuten jeweils ein Radialmaß und ein Umfangsmaß auf, wobei das Radialmaß größer ist als die radiale Abmessung der entsprechenden Nuten im Maschinenelement.
Die Nuten sind insbesondere jeweils mit Isolationspapier bestückt.
Beispielsweise sind die Nuten zum vertikalen Stecken der einzelnen Hairpins in die Hilfsvorrichtung ausgestaltet.
Die Nuten können insbesondere derart ausgestaltet sein, dass die Hairpins durch Hineinfallen in die Hilfsvorrichtung zusammengefügt werden.
Die Hilfsvorrichtung ist zum Beispiel derart ausgestaltet, dass sich die einzelnen Hairpins in der Hilfsvorrichtung überlappen.
Vorteilhaft umfasst die Hilfsvorrichtung einen Anschlag für die Enden der in die Hilfsvorrichtung eingesteckten Hairpins.
Insbesondere umfasst die Hilfsvorrichtung einen Anschlag für die Enden der in die Hilfsvorrichtung eingesteckten Hairpins, der so ausgestaltet ist, dass bei unterschiedlich langen Schenkeln der Hairpins nur der kürzere Schenkel am Anschlag ansteht.
Bevorzugt ist die Fügeeinrichtung an einem Schlitten angeordnet, der in Richtung V verschiebbar ist, um die Hairpins aus der Hilfsvorrichtung zu entnehmen und in das Maschinenelement zu fügen.
Die Fügeeinrichtung ist beispielsweise an einem Schlitten angeordnet, der in vertikaler Richtung V verschiebbar ist, um die Hairpins aus der Hilfsvorrichtung zu entnehmen und in das Maschinenelement zu fügen.
Vorteilhaft umfasst die Fügeeinrichtung ein in Richtung V verschiebbares Halteelement zum Einbringen in die mit Hairpins bestückte Hilfsvorrichtung.
Insbesondere umfasst die Fügeeinrichtung eine Greifvorrichtung mit mindestens zwei Greifelementen, um die in der Hilfsvorrichtung vorgesteckten und zueinander ausgerichteten Hairpins an mindestens zwei in axialer Richtung voneinander beabstandeten Bereichen von außen zu greifen.
Beispielsweise umfasst die Fügeeinrichtung eine Druckplatte, die relativ zur Fügeeinrichtung in Verschieberichtung V verschiebbar gelagert ist.
Vorteilhaft ist in der Vorrichtung ein Aufbaubereich vorgesehen, der eine Aufnahme für eine oder mehrere Hilfsvorrichtungen sowie eine Aufnahme für mindestens ein Maschinenelement umfasst.
Der Aufbaubereich ist insbesondere verschiebbar, um der Fügeeinrichtung wechselweise die Hilfsvorrichtung und das Maschinenelement zur Entnahme und zum Einfügen der zueinander ausgerichteten Hairpins bereitzustellen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines mit Wicklungen versehenen Maschinenelements für eine elektrische Maschine geschaffen, umfassend die Schritte:

Bereitstellen von Hairpins;
Vorstecken der Hairpins in eine Hilfsvorrichtung, wobei sie so zueinander ausgerichtet werden wie im herzustellenden Maschinenelement;
Entnehmen der zueinander ausgerichteten Hairpins aus der Hilfsvorrichtung; und Einbringen der zueinander ausgerichteten Hairpins in das Maschinenelement.

Die Grundidee der Erfindung liegt darin, vor der eigentlichen Herstellung des Wicklungspaketes die Hairpins in einer Hilfsvorrichtung in exakt der gleichen Art zueinander auszurichten, wie sie später im Gehäuse des Maschinenelements ausgerichtet sind.
Vorteilhaft werden die Hairpins vertikal in die Hilfsvorrichtung gesteckt und mit Hilfe der Schwerkraft zueinander ausgerichtet.
Zum Beispiel werden die Hairpins mittels einer Greifvorrichtung aus der Hilfsvorrichtung entnommen und in das Maschinenelement eingebracht.
Insbesondere bilden die Hairpins in der Hilfsvorrichtung einen Pinkranz, der beim Entnehmen aufgenommen und in das Maschinenelement gefügt wird.
Vorteilhafterweise wird zur Entnahme der Hairpins ein Halteelement in die mit den Hairpins bestückte Hilfsvorrichtung eingebracht.
Beispielsweise weist die Hilfsvorrichtung Nuten zur Aufnahme der Hairpins auf, die größer ausgelegt sind als die Nuten des Maschinenelements zur Aufnahme der Hairpins.
Insbesondere können die Hairpins durch Hineinfallen in der Hilfsvorrichtung zusammengefügt werden.
Vorteilhaft umfasst die Hilfsvorrichtung Nuten, die an ihrem oberen Ende Einführschrägen zum Einführen der Hairpins aufweisen.
Insbesondere können die Hairpins über ein Schwerkraftmagazin bereitgestellt werden.
Beispielsweise können die Hairpins separiert in die Hilfsvorrichtung vorgesteckt werden.
Vorteilhaft greift beim Greifen der gesteckten Hairpins die Greifvorrichtung an mindestens zwei Positionen der Hairpins an.
Zum Beispiel wird zunächst ein aus Hairpins gebildeter erster Pinkranz aus einer ersten Hilfsvorrichtung aufgenommen und in das Maschinenelement eingefügt. Anschließend wird beispielsweise ein aus Hairpins gebildeter zweiter Pinkranz aus einer zweiten Hilfsvorrichtung aufgenommmen und in das Maschinenelement eingefügt.
Bei dem Verfahren kann insbesondere einer oder mehrere der folgenden Schritte ausgeführt werden:

a. Zustellen einer Fügeeinrichtung zu einer mit Hairpins bestückten Hilfsvorrichtung, wobei die Hairpins einen Pinkranz bilden;
b. Schließen eines oberen Greifelements und eines unteren Greifelements zum Greifen des in der Hilfsvorrichtung befindlichen Pinkranzes;
c. Freifahren der Fügeeinrichtung von der Hilfsvorrichtung und Mitnehmen des Pinkranzes;
d. Heben des oberen Greifelements, sodass es sich vom unteren Greifelement entfernt und den Pinkranz weiter mitnimmt;
e. Austauschen der entleerten Hilfsvorrichtung gegen ein mit dem Pinkranz zu bestückendes Maschinenelement;
f. Zustellen der Fügeeinrichtung mit dem darin gehaltenen Pinkranz zum Maschinenelement;
g. Weiteres Zustellen des oberen Greifelements, so dass es sich dem unteren Greifelement annähert und den Pinkranz dabei mitnimmt, um ihn in das Maschinenelement zu fügen;
h. Drücken auf die Hairpins mittels einer Druckplatte;
i. Öffnen des oberen Greifelements;
j. Drücken des Pinkranzes in das Maschinenelement, insbesondere durch die Druckplatte;
k. Öffnen des unteren Greifelements;
l. Drücken des Pinkranzes in das Maschinenelement, insbesondere durch die Druckplatte;
m. Freifahren der Fügeeinrichtung mit den Greifelementen.

Insbesondere kann das Entnehmen der zueinander ausgerichteten Hairpins aus der Hilfsvorrichtung und das Einbringen der zueinander ausgerichteten Hairpins in ein Maschinenelement mit einer weiteren Hilfsvorrichtung wiederholt werden, um das Maschinenelement mit einem weiteren Pinkranz zu bestücken.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Verwendung einer Hilfsvorrichtung für die Herstellung eines mit Wicklungen versehenen Maschinenelements für eine elektrische Maschine geschaffen, wobei die Hilfsvorrichtung zur Bereitstellung vorgesteckter Hairpins für die Aufnahme in ein Maschinenelement ausgestaltet ist, und die vorgesteckten Hairpins bei der Bereitstellung so zueinander ausgerichtet sind wie im herzustellenden Maschinenelement.
Bevorzugt wird dabei eine erfindungsgemäße Hilfsvorrichtung in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung oder in einem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet.
Vorteile und Details der Erfindung, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung genannt sind, gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Verwendung, ebenso wie Vorteile und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren genannt sind, auch für die erfindungsgemäße Vorrichtung und für die erfindungsgemäße Verwendung gelten.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigt:

1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Montage von Statoren;
2a und 2b eine schematische Darstellung eines bekannten Hairpins in einer Seitenansicht (2a) und in einer Ansicht von oben auf das Dach des Hairpins (2b);
3 einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, in deren unteren Bereich die mit Hairpins bestückte Hilfsvorrichtung zu sehen ist;
4 eine vergrößerte Ansicht der mit Hairpins bestückten inneren bzw. äußeren Hilfsvorrichtung;
5 einen Ausschnitt eines Stators mit seinen Nuten als Schnittansicht;
6 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der zwei Greifer sowie ein Gegenhalter oberhalb und axial fluchtend zur mit Hairpins bestückten Hilfsvorrichtung zu sehen sind;
7 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem aufzunehmenden Pinkranz;
8 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem aufzunehmenden Innenkranz;
9 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der der Gegenhalter in eine bestückte Hilfsvorrichtung eingefahren ist und beide Greifer geöffnet sind;
10 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der beide Greifer geschlossen sind;
11 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der der Abstand der beiden Greifer zueinander vergrößert ist;
12 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei der Pinkranz durch die Fügeeinrichtung entnommen wurde;
13 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei der Pinkranz bereits teilweise in einen Stator eingebracht ist;
14 eine ähnliche Ansicht wie 13;
15 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einem der letzten Verfahrensschritte bei der Montage eines Stators;
16 eine ähnliche Ansicht wie 16;

In 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform als Gesamtansicht dargestellt. Die Vorrichtung dient zur Herstellung eines mit Wicklungen versehenen Maschinenelements für eine elektrische Maschine, in diesem Beispiel insbesondere zur Herstellung eines Stators für einen Elektromotor. Die Vorrichtung umfasst eine erste Hilfsvorrichtung 38 sowie eine zweite Hilfsvorrichtung 39 zur Bereitstellung vorgesteckter Hairpins, die so zueinander ausgerichtet und angeordnet sind, wie im herzustellenden Maschinenelement, das in diesem Beispiel ein Stator 37 ist. Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine Fügeeinrichtung 35, die zur Entnahme der zueinander ausgerichteten Hairpins 2 aus der Hilfsvorrichtung 38 sowie der Hilfsvorrichtung 39 und zum Einbringen in das Maschinenelement 37 dient.
Ein Beispiel eines Hairpins 2 mit seinen beiden Schenkeln 21 und einem dachförmig ausgeformten Mittelstück 22 ist in den 2a und 2b gezeigt und wurde oben bereits beschrieben.
Die Fügeeinrichtung 35 ist an einem Schlitten 34 angeordnet. Der Schlitten 34 ist in Richtung V verschiebbar, die vertikal verläuft. Durch die Bewegung der Fügeeinrichtung 35 können die Hairpins 2 aus der jeweiligen Hilfsvorrichtung 38 bzw. 39 entnommen werden und in das Maschinenelement 37, das hier als Stator ausgestaltet ist, eingefügt werden.
Um wechselweise die Hilfsvorrichtung 38 bzw. 39 sowie das Maschinenelement 37 unter der Fügeeinrichtung 35 zu positionieren, ist ein Aufbaubereich 80 vorgesehen. Der Aufbaubereich 80 hat jeweils eine Aufnahme 81 für die Hilfsvorrichtungen 38 und 39, sowie eine Aufnahme 82 für das Maschinenelement 37. Die Aufnahmen 81, 82 sind in Richtung H, das heißt in horizontaler Richtung, verschiebbar angeordnet, um der Fügeeinrichtung 35 wechselweise die Hilfsvorrichtung 38 bzw. 39 und das Maschinenelement 37 zuzuführen. Dadurch kann die Fügeeinrichtung 35 die Hairpins 2 aus der jeweiligen Hilfsvorrichtung 38 bzw. 39 entnehmen, um sie dem Maschinenelement 37 zuzuführen und dort einzufügen.
Der Aufbaubereich 80 ist verschiebbar in Richtung H, d.h. die Aufnahmen 81, 82 können einzeln oder auch gemeinsam verschoben werden, um sie unter der Fügeeinrichtung 35 zu positionieren.
Die Vorrichtung umfasst weiterhin ein Gestell 33, in dem der Schlitten 34 mit der Fügevorrichtung 35 in der Richtung V verschiebbar befestigt ist. Das Gestell 33 dient somit als Führung für den Schlitten 34, der als Vertikalschlitten ausgestaltet ist. In diesem Vertikalschlitten befindet sich die Fügeeinrichtung 35.
Die Fügeeinrichtung 35 ist so ausgestaltet, dass ein Hairpinkranz oder mehrere Hairpinkränze, die in den Hilfsvorrichtungen 38 bzw. 39 angeordnet sind, dem Maschinenelement 37 zugeführt und dort angebracht oder eingefügt werden können.
3 zeigt einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Ansicht schräg von oben. Die mit Hilfe des Schlittens 34 vertikal verschiebbare Fügeeinrichtung 35 umfasst ein oberes Zentrier- bzw. Greifelement 65 sowie ein unteres Zentrier- bzw. Greifelement 67. Die Greifelemente 65, 67 sind kreisförmig ausgestaltet und sind vertikal übereinanderliegend angeordnet. Dadurch können sie die in der Hilfsvorrichtung 38 bzw. 39 vorgesteckten und zueinander ausgerichteten Hairpins 2 greifen. Das Greifen der Hairpins 2 erfolgt von außen an mindestens zwei in axialer Richtung voneinander beabstandeten Bereichen.
Die Hairpins 2 in der Hilfsvorrichtung 38 bzw. 39 sind kranzförmig angeordnet, d.h. sie bilden jeweils einen Pinkranz, der als äußerer Pinkranz 62 oder als innerer Pinkranz 63 ausgebildet ist.
Die Greifelemente 65 bzw. 67 können unabhängig voneinander geöffnet und geschlossen werden, um die als Pinkranz 62 bzw. 63 ausgerichteten Hairpins 2 an unterschiedlichen vertikalen Positionen von außen zu greifen. Sie bilden eine Greifvorrichtung, die es ermöglicht, die in der Hilfsvorrichtung 38 bzw. 39 vorgesteckten und fertig zueinander ausgerichteten Hairpins 2 von außen zu greifen, ohne deren geometrische Ausrichtung zueinander zu verändern.
Zum Öffnen und Schließen weisen die kreisförmigen Greifelemente 65, 67 radial bewegbare Finger auf, die sich zum Schließen der Greifelemente 65, 67 radial nach innen bewegen und dadurch an der Außenseite des Pinkranzes 62 bzw. 63 gegen die Hairpins 2 drücken, und die sich zum Öffnen der Greifelemente 65, 67 radial nach außen zurückziehen.
In 4 ist eine vergrößerte Ansicht der Hilfsvorrichtung 38 bzw. 39 dargestellt. Sie kann als inneres Aufnahmeelement 38 oder als äußeres Aufnahmeelement 39 ausgestaltet sein. Sie bildet somit eine Aufnahme für den inneren Pinkranz 63, der auch als Innenkranz bezeichnet wird, und/oder eine Aufnahme für den äußeren Pinkranz 62, der auch als Außenkranz bezeichnet wird. Das heißt, die Hilfsvorrichtung 38 bzw. 39 dient als inneres bzw. äußeres Aufnahmeelement und kann auch als solches bezeichnet werden.
Die Hilfsvorrichtung 38 bzw. 39 weist Nuten 11 auf, die zur Aufnahme der Hairpins 2 ausgestaltet sind. Dabei werden deren Schenkel 21 (siehe 2a, 2b) in den Nuten 11 aufgenommen, um dort den Pinkranz 62 bzw. 63 zu bilden.
Die einzelnen Hairpins 2 des jeweiligen Pinkranzes 62, 63 überlappen sich ähnlich wie Dachplatten. Das heißt, die einzelnen Hairpins überlappen zueinander im gefügten Zustand.
In der jeweiligen Hilfsvorrichtung 38, 39 sind die einzelnen Kanäle oder Nuten 11 größer ausgelegt als die Kanäle oder Nuten 7 im Stator 37, der in 5 gezeigt ist und in den der Pinkranz 62 bzw. 63 gefügt wird.
Die Hairpins 2 können innerhalb der Aufnahmekanäle bzw. Nuten 11 geringfügig kippen und sich verschieben lassen. Dies ermöglicht einen vertikalen Steckvorgang einzelner Hairpins 2 in die Hilfsvorrichtung 38 bzw. 39, der zudem spannungsfrei erfolgt und die Hairpins dadurch vor einer Beeinträchtigung oder Beschädigung schützt.
Unter der Hilfsvorrichtung 38 bzw. 39 ist ein Anschlag 25 für die Hairpinspitzen bzw. für die Enden der Hairpins 2 vorgesehen.
Die Hairpins 2 können jeweils für sich verschiedene Längen ihrer Enden aufweisen. Das heißt, ein Hairpin 2 hat in diesem Fall zwei verschiedene Längen seiner beiden Schenkel 21 (siehe 2a, 2b). Für diesen Fall ist der Anschlag 25 so gestaltet, dass nur der kürzere seiner beiden Schenkel 21 am Anschlag 25 ansteht. Hierzu ist an der jeweiligen Stelle des längeren Schenkels eines Hairpins 2 ein Loch bzw. eine Ausnehmung vorgesehen, so dass nur der kürzere Schenkel dieses Hairpins am Anschlag 25 aufsteht. Dadurch wird bewirkt, dass die Dächer oder Mittelstücke 22 der Hairpins 2, das heißt die Krone des Kranzes 62, 63, sich stets auf einer Ebene befinden.
In 5 ist als Maschinenelement 37 ein Stator in einer Schnittansicht dargestellt. Der Stator 37 bzw. das Maschinenelement umfasst mehrere Kanäle oder Nuten 7, die ringförmig angeordnet sind. Beispielsweise können 36, 54 oder 72 Kanäle, oder auch eine andere Anzahl von Kanälen oder Nuten 7, in dem Stator 37 ausgebildet sein.
In den Stator 37 können mehrere Hairpinkränze bzw. Pinkränze 62, 63 gefügt werden. Hierzu ist der Stator 37 bereits mit Isolationspapier 3 bestückt, das jeweils in den Kanälen oder Nuten 7 des Stators 37 angeordnet ist. In der jeweiligen Nut 7 ist ein Anschlag 28 für das Isolationspapier 3 ausgebildet.
Zum Einfügen der Hairpinkränze 62 bzw. 63 werden diese in der jeweiligen Hilfsvorrichtung 38, 39 bereitgestellt. Die Bestückung der Hilfsvorrichtungen 38, 39 erfolgt entweder händisch bzw. manuell oder automatisch, beispielsweise mit einem SCARA-Roboter, wobei z.B. ein Zwei-Backen-Greifer eingesetzt werden kann.
In 6 ist eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Das obere Greifelement 65 und das untere Greifelement 67, die eine Greifvorrichtung bilden, sind oberhalb und axial fluchtend zur Hilfsvorrichtung 39 angeordnet, die mit Hairpins 2 bestückt ist. Die Hairpins 2 sind gemeinsam als Kranz angeordnet, der in dem hier dargestellten Beispiel den Außenkranz bzw. äußeren Pinkranz 62 bildet. Das heißt, dass in dem äußeren Aufnahmeelement 39 der äußere Pinkranz 62 angeordnet ist, um durch die Fügeeinrichtung 35 entnommen und in den Stator 37 bzw. das Statorgehäuse eingebracht werden zu können.
Hierzu ist ein Halteelement 101 vorgesehen, das einen Teil der Fügeeinrichtung 35 bildet und zylinderförmig ausgestaltet ist. Das Halteelement 101 bildet somit ein verschiebbares Zentrierrohr, das zur Entnahme des Pinkranzes 62 aus der Hilfsvorrichtung 39 mit den kreisförmig angeordneten Zentrierelementen bzw. Greifelementen 65 und 67 zusammenwirkt.
Das Halteelement 101 wird zur Entnahme des Hairpinkranzes 62 in diesen eingeführt und bildet einen Gegenhalter mindestens einen der zwei kreisförmig angeordneten Greifelemente 65 und 67, die unabhängig voneinander geöffnet und geschlossen werden können. Somit können die Hairpins 2 unter Beibehaltung ihrer geometrischen Anordnung zueinander aus der Hilfsvorrichtung 39 entnommen und anschließend dem Maschinenelement 37 zugeführt werden, um dieses mit dem Kranz 62 zu bestücken.
Das Halteelement 101 wird zum Einführen in die mit Hairpins 2 bestückte Hilfsvorrichtung 39 vertikal nach unten bewegt, um die Hairpins 2 unter Beibehaltung ihrer geometrischen Anordnung zueinander aus der Hilfsvorrichtung 39 zu entnehmen.
Im oberen Bereich der Fügeeinrichtung 35 ist eine Druckplatte 75 angeordnet. Die Druckplatte 75 umgibt das Halteelement 101 an dessen Außenseite und ist kreisförmig ausgestaltet. Sie ist verschiebbar in dem Schlitten 34 gelagert, sodass sie gegenüber dem Halteelement 101 vertikal bewegbar ist, und hat mehrere Funktionen:
Einerseits wird sie beim Einbringen des Pinkranzes 62 oder 63 in den Stator 37 nachgeführt und stellt somit sicher, dass die Dächer oder Mittelstücke 22 der Hairpins 2 stets auf der gleichen Ebene bleiben. Falls die auf die Hairpins 2 durch die beiden Greifelemente 65 und 67 ausgeübten Haltekräfte nicht ausreichen, ein Verschieben der Hairpins 2 relativ zueinander zu verhindern, kann dies durch die Druckplatte 75 verhindert werden.
Darüber hinaus kann der Pinkranz 62 und der Pinkranz 63 auch allein durch die Kraft der Druckplatte 75 in den Stator 37 gefügt werden. Falls sehr hohe Kräfte erforderlich sind (beispielsweise 5 kN), um die Hairpinkränze 62, 63 in den Stator 37 zu fügen, kann es vorkommen, dass die Kräfte, die durch die Greifelemente 65 und 67 auf den Pinkranz 62 bzw. 63 ausgeübt werden können, nicht ausreichen, um diesen in den Stator 37 einzuschieben. In diesem Fall werden die Pinkränze 65, 67 mittels der Druckplatte 75 in den Stator oder allgemein in das Maschinenelement 37 hineingedrückt.
Das Vorsehen einer Druckplatte 75 ist optional bzw. fakultativ und kann das Hineinschieben der Hairpinkränze 65, 67 in das Maschinenelement 37 auch unterstützen. Anstelle der Druckplatte 75 können auch andere zweckmäßig gestaltete Andruckelemente 75 zum Hineindrücken des Pinkranzes 62, 63 in das Maschinenelement 37 vorgesehen sein, die diese Funktion erfüllen.
Darüber hinaus kann die optionale Druckplatte 75 auch als Aktuator verwendet werden, um das obere Greifelement 75 zuzustellen. In diesem Fall drückt die Druckplatte 75 auf das obere Greifelement 65 und verschiebt es damit bei der Zustellbewegung zum Stator 37 nach unten.
In den 7 und 8 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung nochmals als Seitenansicht dargestellt, wobei in 7 ein Außenkranz bzw. äußerer Pinkranz 62 in einem äußeren Aufnahmeelement bzw. in der äußeren Hilfsvorrichtung 39 unterhalb der Fügeeinrichtung 35 angeordnet ist, während in 8 ein Innenkranz bzw. innerer Pinkranz 63 in einem inneren Aufnahmeelement bzw in der inneren Hilfsvorrichtung 38 unterhalb der Fügeeinrichtung 35 angeordnet ist. Die in der Figur dargestellten Elemente und ihre jeweilige Funktion wurden oben bereits unter Bezugnahme auf die 6 beschrieben.
Nachfolgend wird ein Beispiel für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.

- Zunächst werden Hairpins 2 bereitgestellt (siehe 2a, 2b).
- Anschließend werden die Hairpins 2 in die Hilfsvorrichtung 38 bzw. 39 eingebracht, indem sie dort vorgesteckt werden. Dabei werden die Hairpins 2 so zueinander ausgerichtet, wie im herzustellenden Maschinenelement oder Stator 37. Die Ausrichtung der Hairpins 2 ist dabei exakt so wie im Stator bzw. Maschinenelement 37 nach seiner Fertigstellung, das heißt wie in seinem Endzustand (siehe 4).
- Nun werden die bereits zueinander ausgerichteten Hairpins 2 aus der Hilfsvorrichtung 38 bzw. 39 entnommen und anschließend in das als Stator ausgebildete Maschinenelement 37 eingebracht (siehe 7 bis 16).

Zur Bestückung der Hilfsvorrichtung 38 bzw. 39 werden die einzelnen Hairpins 2 vertikal in die Hilfsvorrichtung 38, 39 gesteckt und mit Hilfe der Schwerkraft zueinander ausgerichtet.
Die Hairpins 2 in der Hilfsvorrichtung 38 bzw. 39 bilden, wie oben beschrieben, einen Pinkranz 62 bzw. 63, der beim Entnehmen aufgenommen und in das Maschinenelement bzw. den Stator 37 gefügt wird. Die Entnahme der Hairpins 2 aus der Hilfsvorrichtung 38 bzw. 39 und das Einbringen in den Stator 37 erfolgt mittels der Greifvorrichtung 65, 67.
Hierzu wird zunächst das Halteelement 101 in die mit Hairpins 2 bestückte Hilfsvorrichtung 62, 63, das heißt in den Hairpinkranz 62 bzw. 63, eingebracht. Die Greifelemente 65, 67 sind dabei geöffnet (siehe 9)
Beim Greifen der Hairpins 2 greifen die Greifelemente 65 und 67 die gesteckten Hairpins 2 bzw. den Hairpinkranz 62, 63 an mindestens zwei verschiedenen vertikalen Positionen an. Hierzu schließen sich die kreisförmigen Greifelemente 65 bzw. 67 und drücken dadurch von außen gegen den jeweiligen Hairpinkranz 62, 63. Dabei werden die Hairpins 2 gegen das Halteelement 101 gedrückt (siehe 10).
Die Hairpins 2 können nun nicht mehr gegenseitig verschoben werden und bleiben exakt in ihrer Anordnung.
Bei der Bestückung des Maschinenelements 37, das in dem hier dargestellten Beispiel ein Stator ist, wird zunächst der erste Pinkranz 62 aus der ersten Hilfsvorrichtung 39 aufgenommen und in den Stator 37 eingefügt. Anschließend wird ein zweiter Pinkranz 63 aus der zweiten Hilfsvorrichtung 38 aufgenommen und in den Stator 37 eingefügt. Dadurch wird der Stator 37 mit mehreren Pinkränzen bzw. Wicklungen versehen.
Die Verfahrensschritte zur Entnahme können wie nachfolgend beschrieben ausgeführt werden. Dabei wird beispielhaft die Entnahme des äußeren Pinkranzes 62 aus der Hilfsvorrichtung 39 und dessen Einfügen in den Stator 37 beschrieben. In analoger Weise kann auch die Entnahme des inneren Pinkranzes 63 aus der Hilfsvorrichtung 38 und dessen Einfügen in den Stator 37 erfolgen.
Zunächst wird die Fügeeinrichtung 35 der Hilfsvorrichtung 39 zugestellt, die mit den Hairpins 2 bestückt ist, wobei die Hairpins 2 den Pinkranz 62 bilden. Hierzu ist die Hilfsvorrichtung 39 bzw. das äußere Aufnahmeelement unterhalb der Fügeeinrichtung 35 angeordnet(siehe 7).
Beim Zustellen wird die Fügeeinrichtung 35 vertikal nach unten verschoben, so dass das Halteelement 101 in den Pinkranz 62 eintaucht und die beiden Greifelemente 65 und 67 den Pinkranz 62 an zwei unterschiedlichen vertikalen Positionen umgeben. Dabei sind das obere Greifelement 65 und das untere Greifelement 67 noch in geöffnetem Zustand (siehe 9).
Nun werden das obere Greifelement 65 und das untere Greifelement 67 geschlossen und greifen jeweils von außen den in der Hilfsvorrichtung 39 angeordneten Pinkranz 62 (siehe 10)
Nun kann das Freifahren der Fügeeinrichtung 35 von der Hilfsvorrichtung 39 erfolgen, wobei der Pinkranz 62 durch die Fügeeinrichtung 35 mitgenommen wird.
Das obere Greifelement 65 entfernt sich vom unteren Greifelement 67 und nimmt den Pinkranz 62 dabei mit (siehe 11). Dieser Schritt kann auch vor dem oben beschriebenen Freifahren der Fügeeinrichtung 35 oder gleichzeitig mit diesem erfolgen.
12 zeigt die Fügeeinrichtung 35 im freigefahrenen Zustand, bei dem sie von der Hilfsvorrichtung 39 entfernt ist und den Pinkranz 62 vollständig entnommen hat. Dabei ist im Anschluss an das Freifahren der Fügeeinrichtung 35 das Anheben des oberen Greifelements 65 erfolgt.
Nun wird die entleerte Hilfsvorrichtung 39 gegen das zu bestückende Statorgehäuse bzw. den Stator 37 ausgetauscht. Hierzu werden die entleerte Hilfsvorrichtung 39 sowie der Stator 37 in horizontaler Richtung verschoben, so dass nun der Stator 37 unter der Fügeeinrichtung 35 angeordnet ist (siehe 1).
Nun erfolgt das Zustellen der Fügeeinrichtung 35 mit dem darin gehaltenen Pinkranz 62 zum Statorgehäuse 37. Die Fügeeinrichtung 35 wird nach unten gefahren, und es erfolgt ein weiteres Zustellen des oberen Greifelements 65, so dass es sich dem unteren Greifelement 67 wieder annähert. Dabei nimmt das obere Greifelement 65 den Pinkranz 62 mit und fügt diesen in das Statorgehäuse 37 (siehe 13).
In dem hier beschriebenen Beispiel werden die Hairpins 2 mit Hilfe der Druckplatte in den Stator 37 geschoben, die von oben auf den Hairpinkranz 62 drückt.
Die Hairpins 2 sind nun in das Statorgehäuse 102 eingeführt. Am oberen Ende der Hairpins 2 greifen immer noch die beiden wieder zueinander angenäherten Greifer 65 und 67 an den Hairpins 2 an. Das als Gegenhalter für die Greifelemente 65 und 67 dienende, zylindrisch geformte Halteelement 101 wurde bereits zum größten Teil aus dem Hairpinkranz und dem Statorgehäuse 37 entfernt (siehe 14).
Nun wird das obere Greifelement 65 geöffnet. Optional wird nun die Druckplatte 75 von oben auf den Hairpinkranz 62 gedrückt und schiebt diesen noch weiter in den Stator 37 (siehe 15 und 16).
Das Eindringen oder Eindrücken des Pinkranzes 62 in das Statorgehäuse 37 kann aber, je nach den Erfordernissen und den notwendigen aufzubringenden Kräften, auch ohne die Druckplatte 75 erfolgen, beispielsweise alleine durch eines oder beide Greifelemente, welche die Hairpins 2 ausreichend festhalten, so dass diese sich beim Eindrücken in den Stator 37 nicht gegenseitig verschieben.
Schließlich erfolgt das Öffnen des unteren Greifelements 67 und das Freifahren der Fügeeinrichtung 35 mit seinen Greifelementen 65 und 67 von dem nun fertig bestückten Stator 37.
Zum Einfügen eines weiteren Pinkranzes in den Stator 37, in dem hier gezeigten Beispiel des inneren Pinkranzes 63, werden die oben beschriebenen Verfahrensschritte wiederholt. Dazu wird zunächst das Statorgehäuse 37 gegen die zweite Hilfsvorrichtung 39 ausgetauscht, so dass sich nun diese unterhalb der Fügeeinrichtung 35 befindet und mit dem nächsten Pinkranz 63 bestückt ist. Nun werden die oben beschriebenen Verfahrensschritte analog wie oben beschrieben durchgeführt.
Gemäß einem besonderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Wicklungspaketes bzw. Maschinenelements für einen Elektromotor geschaffen, umfassend die Schritte:

- Bereitstellen einer Aufnahme, wobei die Aufnahme, in einer Draufsicht betrachtet, mehrere Ausnehmungen oder Nuten aufweist, deren Zentren um eine Mitte unter einem Winkel α zueinander angeordnet sind, wobei die Positionen der Zentren zueinander den Positionen der Zentren von Kanälen im späteren Wicklungsgehäuse entsprechen und die Abmessungen der Ausnahmen in der Aufnahme größer als die Abmessungen der Kanäle im Wicklungsgehäuse sind,
- Vorstecken von Pins in die Aufnahme, wodurch nach Abschluss des Vorsteckens ein Pinkranz entsteht,
- Einbringen eines Gegenhalters einer Fügeeinrichtung in den Pinkranz,
- Ausheben des Pinkranzes aus der Aufnahme mittels zumindest eines Zentierelementes der Fügeeinrichtung, wobei die Position der Pins zueinander konstant bleibt,
- Einbringen des Pinkranzes in ein Wicklungsgehäuse durch die Fügeeinrichtung.

Schließlich werden die einzelnen Hairpins elektrisch miteinander verbunden, so dass eine Serienschaltung, ähnlich einer Drahtwickelung entsteht. Die elektrische Kontaktierung der einzelnen Hairpins zueinander kann dabei durch Verschweißen oder durch Aufeinanderdrücken oder Umbiegen erfolgen.
Die Begriffe Hilfsvorrichtung und Aufnahme sind als analog und gleichbedeutend aufzufassen. Die Hilfsvorrichtung weist dazu Kanäle zur Aufnahme der Hairpins auf, die den Dimensionen der Aufnahmekanäle für die Hairpins im Statorgehäuse entsprechen.
Ergänzend wird im Folgenden ein weiteres Beispiel für das erfindungsgemäße Verfahren in chronologischer Abfolge der einzelnen Verfahrensschritte dargestellt:

1 - In einen Stator
2 - bestehend aus mehreren Kanälen (z.B. 36/54/72 Stück)
3 - bereits bestückt mit Isolationspapier
4 - sollen mehrere Hairpinkränze gefügt werden
5 - Diese werden in einer jeweiligen Aufnahme
6 - entweder händisch
7 - oder automatisch
8 - z. B. Scara-Roboter
9 - mit 2-Backen-Greifer (2BG)
10 - zusammengefügt wie folgt:
11 - Hairpin (kurz HP) mit 2BG vertikal zustellen über Aufnahme
12 - HP drehen und anlegen auf Steckposition
13 - HP vertikal stecken in Aufnahme
14 - 2BG öffnen, HP fällt frei bis Anschlag
15 - In der Aufnahme sind die einzelnen Kanäle größer ausgelegt als im Stator
16 - Die einzelnen Hairpins überlappen (ähnl. Dachplatten) zueinander im gefügten Zustand
21 - bereits gesteckte Hairpins können innerhalb der Aufnahmekanäle
22 - geringfügig kippen
23 - sich verschieben lassen
24 - Das ermöglicht einen vertikalen Steckvorgang einzelner Hairpins
25 - Unter der Aufnahme ist ein Anschlag für die Hairpinspitzen
26 - Die Hairpinspitzenenden können verschieden lang sein
27 - Aufnahme für Stator (ohne Bild)
28 - Anschlag für Isolationspapier

Gemäß einem noch weiteren Aspekt wird im Folgenden ein weiteres Beispiel für den Aufbau der Vorrichtung oder Fügevorrichtung beschrieben:

31 - Fügevorrichtung für einen Hairpinkranz bzw. mehrere Hairpinkränze
32 - bestehend aus
33 - Gestell für
34 - Vertikalschlitten mit
35 - Fügevorrichtung
36 - wahlweise Positionierung für
37 - Stator (kurz ST)
38 - Aufnahme Innenkranz (kurz AJ)
39 - Aufnahme Außenkranz (kurz AA)
40 - Das Gestell dient als Führung für den Vertikalschlitten
41 - Im Vertikalschlitten befindet sich die Fügeeinrichtung (kurz FE)
42 - Die Fügeeinrichtung besteht aus
43 - kreisförmig angeordneten Zentrierelementen (kurz ZO und ZU)
44 - Zentrierrohr (kurz ZR)
45 - Druckplatte (kurz DP)

Ergänzend wird ein Montageablauf, also ein Montageverfahren für einen Stator, beschrieben.

61 - Montageablauf
62 - Außenkranz aufnehmen von AA und fügen in Stator (ST)
63- Innenkranz aufnehmen von AJ und fügen in Stator (ST)
64 - Fügeinrichtg. (FE) über AA bzw. AJ
65 - ZO geöffnet
66 - in Grundstlg. unten
67 - ZU geöffnet
68 - Druckplatte (DP)
69 - in Grundstlg. Oben
70 - FE zustellen (senken) bis AA
71 - ZO und ZU schließen
72 - FE freifahren (heben)
73 - ZO heben
74 - DP zustellen
75 - AA mit ST tauschen
76 - FE zustellen bis ST
77 - ZO zustellen
78 - DP liegt formschlüssig auf ZO auf und eilt kraftschlüssig mit
79 - DP Druckkraft lösen
80 - ZO öffnen
81 - DP zustellen
82 - DP Druckkraft lösen
83 - ZU öffnen
84 - DP zustellen
85 - FE freifahren
89 - ST mit AJ tauschen
90 - FE zustellen bis AJ
91 - Wiederholung 71 bis 85

Die in den verschiedenen Ausführungsformen und Aspekten der Erfindung beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausgestaltungen und Varianten der Erfindung sind je nach Erfordernis beliebig untereinander kombinierbar. Dabei sind einzelne oder mehrere Merkmale gegeneinander austauschbar.
Bezugszeichenliste

1: Aufnahme / Hilfsvorrichtung
2: Hairpin
3: Isolationspapier
7: Nuten im Maschinenelement
11: Nuten der Hilfsvorrichtung
16: Einführschrägen der Nuten
21: Schenkel des Hairpins
22: Mittelstück des Hairpins
25: Anschlag für Hairpins
28: Anschlag für Isolationspapier
33: Gestell
34: Schlitten
35: Fügeinrichtung
37: Maschinenelement / Stator
38, 39: Inneres bzw. äußeres Aufnahmeelement bzw. Hilfsvorrichtung
62, 63: äußerer bzw. innerer Pinkranz
65, 67: oberes bzw. unteres Greifelement (Greifvorrichtung)
75: Druckplatte
80: Aufbaubereich
81: Aufnahme für Hilfsvorrichtung
82: Aufnahme für Maschinenelement
101: verschiebbares Halteelement (=Gegenhalter)
H: Verschieberichtung beim Wechsel
M: Mitte des ringförmigen Grundelements
V: Verschieberichtung des Schlittens der Fügeeinrichtung
Z: Zentrum der Nut

Claims

Vorrichtung zur Herstellung eines mit Wicklungen versehenen Maschinenelements für eine elektrische Maschine, umfassend: mindestens eine Hilfsvorrichtung (1, 38, 39) zur Bereitstellung vorgesteckter Hairpins (2), die so zueinander ausgerichtet sind wie im herzustellenden Maschinenelement; und eine Fügeinrichtung (35) zur Entnahme der zueinander ausgerichteten Hairpins (2) aus der Hilfsvorrichtung (1, 38, 39) und zum Einbringen in ein Maschinenelement (37).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsvorrichtung (1, 38, 39) ein Aufnahmeelement mit Nuten (11) zur Aufnahme der Hairpins (2) umfasst und derart gestaltet ist, dass die Hairpins (2) in der Hilfsvorrichtung (1, 38, 39) einen Pinkranz (62, 63) bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein verschiebbares Halteelement (101) zum Einführen in die mit Hairpins (2) bestückte Hilfsvorrichtung (1, 38, 39), um die Hairpins (2) unter Beibehaltung ihrer geometrischen Anordnung zueinander aus der Hilfsvorrichtung (1, 38, 39) zu entnehmen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Greifvorrichtung (65, 67), um die in der Hilfsvorrichtung (1, 38, 39) vorgesteckten und zueinander ausgerichteten Hairpins (2) von außen zu greifen, ohne deren geometrische Ausrichtung zueinander zu verändern.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zwei kreisförmig angeordnete Greifelemente (65, 67), die unabhängig voneinander geöffnet und geschlossen werden können, um die als Pinkranz ausgerichteten Hairpins (2) an unterschiedlichen Positionen von außen zu greifen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsvorrichtung (1, 38, 39) 6.1. Nuten (11) umfasst, die größer sind als die Nuten des Maschinenelements (37) zur Aufnahme der Hairpins (2), und/oder 6.2. Nuten (11) umfasst, die an ihrem oberen Ende Einführschrägen (16) zum Einführen der Hairpins (2) aufweisen, und/oder 6.3. Nuten (11) umfasst, die derart gestaltet sind, dass darin gesteckte Hairpins (2) geringfügig verschiebbar und/oder kippbar sind, und/oder 6.4. Nuten (11) umfasst, die in einem ringförmigen Grundelement um dessen Mitte M herum angeordnet sind, wobei die Position der Zentren Z der jeweiligen Nuten (11) zueinander und zur Mitte M des Grundelements der Position der Nuten des Maschinenelements (37) entspricht, welches die Anordnung der Hairpins (2) aufnehmen wird, und/oder 6.5. Nuten (11) umfasst, die jeweils ein Radialmaß und ein Umfangsmaß aufweisen, und wobei das Radialmaß größer ist als die radiale Abmessung der entsprechenden Nuten (7) im Maschinenelement (37), und/oder 6.6. Nuten (11) umfasst, die jeweils mit Isolationspapier (3) bestückt sind, und/oder 6.7. Nuten (11) umfasst, die zum vertikalen Stecken der einzelnen Hairpins (2) in die Hilfsvorrichtung (1, 38, 39) ausgestaltet sind, und/oder 6.8. Nuten (11) umfasst, die derart ausgestaltet sind, dass die Hairpins (2) durch Hineinfallen in die Hilfsvorrichtung (1, 38, 39) zusammengefügt werden, und/oder 6.9. derart ausgestaltet ist, dass sich die einzelnen Hairpins (2) in der Hilfsvorrichtung (1, 38, 39) überlappen, und/oder 6.10. einen Anschlag (25) für die Enden der in die Hilfsvorrichtung (1, 38, 39) eingesteckten Hairpins (2) umfasst; und/oder 6.11. einen Anschlag (25) für die Enden der in die Hilfsvorrichtung (1, 38, 39) eingesteckten Hairpins (2) umfasst, der so ausgestaltet ist, dass bei unterschiedlich langen Schenkeln (21) der Hairpins (2) nur der kürzere Schenkel (21) am Anschlag (25) ansteht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 7.1. die Fügeeinrichtung (35) an einem Schlitten (34) angeordnet ist, der in Richtung V verschiebbar ist, um die Hairpins (2) aus der Hilfsvorrichtung (1, 38, 39) zu entnehmen und in das Maschinenelement (37) zu fügen, und/oder 7.2. die Fügeeinrichtung (35) an einem Schlitten (34) angeordnet ist, der in vertikaler Richtung V verschiebbar ist, um die Hairpins (2) aus der Hilfsvorrichtung (1, 38, 39) zu entnehmen und in das Maschinenelement (37) zu fügen, und/oder 7.3. die Fügeeinrichtung (35) ein in Richtung V verschiebbares Halteelement (101) zum Einbringen in die mit Hairpins (2) bestückte Hilfsvorrichtung (1, 38, 39) umfasst, und/oder 7.4. die Fügeeinrichtung (35) eine Greifvorrichtung mit mindestens zwei Greifelementen (65, 67) umfasst, um die in der Hilfsvorrichtung (1, 38, 39) vorgesteckten und zueinander ausgerichteten Hairpins (2) an mindestens zwei in axialer Richtung voneinander beabstandeten Bereichen von außen zu greifen, und/oder 7.5. die Fügeeinrichtung (35) eine Druckplatte (75) umfasst, die in Verschieberichtung V verschiebbar gelagert ist, und/oder 7.6. ein Aufbaubereich (80) vorgesehen ist, der eine Aufnahme (81) für eine oder mehrere Hilfsvorrichtungen (1, 38, 39) sowie eine Aufnahme (82) für mindestens ein Maschinenelement (37) umfasst, und/oder 7.7. ein verschiebbarer Aufbaubereich (80) vorgesehen ist, der eine Aufnahme (81) für eine oder mehrere Hilfsvorrichtungen (1, 38, 39) sowie eine Aufnahme (82) für mindestens ein Maschinenelement (37) umfasst, um der Fügeeinrichtung (35) wechselweise die Hilfsvorrichtung (1, 38, 39) und das Maschinenelement (37) zur Entnahme und zum Einfügen der zueinander ausgerichteten Hairpins (2) bereitzustellen.
Verfahren zur Herstellung eines mit Wicklungen versehenen Maschinenelements für eine elektrische Maschine, umfassend die Schritte: Bereitstellen von Hairpins (2); Vorstecken der Hairpins (2) in eine Hilfsvorrichtung (1, 38, 39), wobei sie so zueinander ausgerichtet werden wie im herzustellenden Maschinenelement; Entnehmen der zueinander ausgerichteten Hairpins (2) aus der Hilfsvorrichtung (1, 38, 39); und Einbringen der zueinander ausgerichteten Hairpins (2) in das Maschinenelement (37).
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hairpins (2) vertikal in die Hilfsvorrichtung (1, 38, 39) gesteckt und mit Hilfe der Schwerkraft zueinander ausgerichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hairpins (2) mittels einer Greifvorrichtung (65, 67) aus der Hilfsvorrichtung (1, 38, 39) entnommen und in das Maschinenelement (37) eingebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hairpins (2) in der Hilfsvorrichtung (1, 38, 39) einen Pinkranz (62, 63) bilden, der beim Entnehmen aufgenommen und in das Maschinenelement (37) gefügt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Entnahme der Hairpins (2) ein Halteelement (101) in die mit den Hairpins (2) bestückte Hilfsvorrichtung (38, 39) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass 13.1. die Hilfsvorrichtung (1, 38, 39) Nuten (11) zur Aufnahme der Hairpins (2) aufweist, die größer ausgelegt sind als die Nuten des Maschinenelements (37, 102) zur Aufnahme der Hairpins (2), und/oder 13.2. die Hairpins (2) durch Hineinfallen in der Hilfsvorrichtung (1, 38, 39) zusammengefügt werden, und/oder 13.3. die Hilfsvorrichtung (1, 38, 39) Nuten (11) umfasst, die an ihrem oberen Ende Einführschrägen (16) zum Einführen der Hairpins (2) aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass 14.1. die Hairpins (2) über ein Schwerkraftmagazin bereitgestellt werden, und/oder 14.2. die Hairpins (2) separiert in die Hilfsvorrichtung (1, 38, 39) vorgesteckt werden, und/oder 14.3. beim Greifen der gesteckten Hairpins (2) die Greifvorrichtung (65, 67) an mindestens zwei Positionen der Hairpins (2) angreift, und/oder 14.4. zunächst ein aus Hairpins (2) gebildeter erster Pinkranz (62) aus einer ersten Hilfsvorrichtung (39) aufgenommmen und in das Maschinenelement (37) eingefügt wird, und anschließend ein aus Hairpins (2) gebildeter zweiter Pinkranz (63) aus einer zweiten Hilfsvorrichtung (38) aufgenommmen und in das Maschinenelement (37) eingefügt wird, und/oder 14.5. einer oder mehrere der folgenden Schritte ausgeführt werden: (a) Zustellen einer Fügeeinrichtung (35) zu einer mit Hairpins (2) bestückten Hilfsvorrichtung (39), wobei die Hairpins (2) einen Pinkranz (62) bilden; (b) Schließen eines oberen Greifelements (65) und eines unteren Greifelements (67) zum Greifen des in der Hilfsvorrichtung (39) befindlichen Pinkranzes (62); (c) Freifahren der Fügeeinrichtung (35) von der Hilfsvorrichtung (39) und Mitnehmen des Pinkranzes (62); (d) Heben des oberen Greifelements (65), sodass es sich vom unteren Greifelement (67) entfernt und den Pinkranz (62) weiter mitnimmt; (e) Austauschen der entleerten Hilfsvorrichtung (39) gegen ein mit dem Pinkranz (62) zu bestückendes Maschinenelement (37); (f) Zustellen der Fügeeinrichtung (35) mit dem darin gehaltenen Pinkranz (62) zum Maschinenelement (37); (g) Weiteres Zustellen des oberen Greifelements (65), so dass es sich dem unteren Greifelement (67) annähert und den Pinkranz (62) dabei mitnimmt, um ihn in das Maschinenelement (37) zu fügen, (h) Drücken auf die Hairpins mittels einer Druckplatte (75), (i) Öffnen des oberen Greifelements (65), (j) Drücken des Pinkranzes (62) in das Maschinenelement (37), insbesondere durch die Druckplatte (74) (k) Öffnen des unteren Greifelements (67), (I) Drücken des Pinkranzes in das Maschinenelement, insbesondere durch die Druckplatte; (m) Freifahren der Fügeeinrichtung (35) mit den Greifelementen (65, 67) 14.6. dass das Entnehmen der zueinander ausgerichteten Hairpins (2) aus der Hilfsvorrichtung (39) und das Einbringen der zueinander ausgerichteten Hairpins (2) in ein Maschinenelement (37) gemäß 14.5. mit einer weiteren Hilfsvorrichtung (38) wiederholt wird, um das Maschinenelement (37) mit einem weiteren Pinkranz (63) zu bestücken.
Verwendung einer Hilfsvorrichtung für die Herstellung eines mit Wicklungen versehenen Maschinenelements für eine elektrische Maschine, wobei die Hilfsvorrichtung (62, 63) zur Bereitstellung vorgesteckter Hairpins (2) für die Aufnahme in ein Maschinenelement (37) ausgestaltet ist, und die vorgesteckten Hairpins (2) bei der Bereitstellung so zueinander ausgerichtet sind wie im herzustellenden Maschinenelement.
Verwendung einer Hilfsvorrichtung gemäß Anspruch 15 in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14.