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Die Erfindung betrifft eine Imprägniervorrichtung zum Imprägnieren von Bauteilen einer elektrischen Maschine in Serienproduktion, umfassend:
- eine erste und eine zweite Bearbeitungseinrichtung, wobei die erste Bearbeitungseinrichtung eine Imprägniereinrichtung mit einer Harzauftragseinrichtung zum Auftragen eines Harzes auf jeweils wenigstens ein sich in der Imprägniereinrichtung drehendes Bauteil und die zweite Bearbeitungseinrichtung eine Aushärteinrichtung mit einer Temperiereinrichtung zum Aushärten des in der Imprägniereinrichtung aufgetragenen Harzes ist, und
- eine Transporteinrichtung zum Transportieren der Bauteile zwischen den Bearbeitungseinrichtungen und/oder zwischen wenigstens einer der Bearbeitungseinrichtungen und wenigstens einer Aufnahme- und/oder Abgabestation zur Aufnahme von zu imprägnierenden Bauteilen und/oder zur Abgabe von imprägnierten Bauteilen. Weiter betrifft die Erfindung ein vorzugsweise mit der vorgenannten Imprägniervorrichtung durchführbares Imprägnierverfahren zum Imprägnieren von Bauteilen einer elektrischen Maschine in Serienproduktion, umfassend die Schritte:
- - Auftragen eines Harzes in einer Imprägniereinrichtung auf ein sich drehendes Bauteil,
- - Übergabe des Bauteils zu einer Aushärteinrichtung, und
- - Aushärten des Harzes in der Aushärteinrichtung durch Temperieren des Bauteils.
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Eine derartige Imprägniervorrichtung und ein derartiges Imprägnierverfahren sind aus der
DE 10 2017 001 939 A1 bekannt. Darin ist als Imprägniervorrichtung eine modulare Imprägnieranlage beschrieben, bei der eine Transporteinrichtung in Form eines Handlingtools bzw. eines Roboters einen Stator oder Rotor einer elektrischen Maschine axial aufnimmt und in die Imprägnieranlage einführt. In einer Imprägniereinrichtung wird das Bauteil mittels eines Induktors vorgewärmt. Der verfahrbare Induktor wird anschließend von Träufeldüsen abgelöst, welche das Harz auf das Bauteil aufbringen. Nach dem Befüllen wird das Bauteil wieder mit dem Induktor temperiert und so das Harz zum Gelieren gebracht. Nach der Verfestigung des Füllstoffes wird das Bauteil in ein weiteres Modul zum Aushärten gebracht. Das Handlingtool ist hierbei in dem gesamten Prozess fest mit eingebunden und wird somit Teil des Vorwärmmoduls, des Träufelmoduls und des Geliermodus.
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Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine Imprägniervorrichtung und ein Imprägnierverfahren im Rahmen einer Serienproduktion eines Bauteils einer elektrischen Maschine hinsichtlich der Prozesssicherheit und eines einfacheren maschinellen Aufwands zu verbessern.
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Zum Lösen dieser Aufgabe schafft die Erfindung eine Imprägniervorrichtung nach Anspruch 1 sowie ein Imprägnierverfahren nach dem Nebenanspruch.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung schafft gemäß einem ersten Aspekt davon eine Imprägniervorrichtung zum Imprägnieren von Bauteilen einer elektrischen Maschine in Serienproduktion, umfassend:
- eine erste und eine zweite Bearbeitungseinrichtung, wobei die erste Bearbeitungseinrichtung eine Imprägniereinrichtung mit einer Harzauftragseinrichtung zum Auftragen eines Harzes auf jeweils wenigstens ein sich in der Imprägniereinrichtung drehendes Bauteil und die zweite Bearbeitungseinrichtung eine Aushärteinrichtung mit einer Temperiereinrichtung zum Aushärten des in der Imprägniereinrichtung aufgetragenen Harzes ist,
- eine Transporteinrichtung zum Transportieren der Bauteile zwischen den Bearbeitungseinrichtungen und/oder zwischen wenigstens einer der Bearbeitungseinrichtungen und wenigstens einer Aufnahme- und/oder Abgabestation zur Aufnahme von zu imprägnierenden Bauteilen und/oder zur Abgabe von imprägnierten Bauteilen,
- eine Steuerung und
- eine Reihe von Spanneinheiten, die jeweils zum Verspannen eines Bauteils ausgebildet sind und ein erstes Kupplungselement an einem ersten Ende und ein zweites Kupplungselement an einem zweiten Ende aufweisen,
- wobei die Transporteinrichtung einen Transporteinrichtungs-Drehantrieb und eine durch den Transporteinrichtungs-Drehantrieb drehend antreibbare Transporteinrichtungs-Kupplungseinheit aufweist, die an das erste Kupplungselement zum gesteuert lösbaren Ankuppeln wenigstens einer der Spanneinheiten und zum Bewegen und Drehen des daran eingespannten Bauteils ankoppelbar ist,
- wobei Bearbeitungseinrichtungen jeweils einen Bearbeitungseinrichtungs-Drehantrieb und eine durch den Bearbeitungseinrichtungs-Drehantrieb drehend antreibbare Bearbeitungseinrichtungs-Kupplungseinheit aufweist, die an das zweite Kupplungselement zum gesteuert lösbaren Ankuppeln wenigstens einer der Spanneinheiten und zum Drehen des daran eingespannten Bauteils ankoppelbar ist,
- wobei die Imprägniervorrichtung dazu ausgebildet ist, zur Übergabe eines an einer Spanneinheit eingespannten Bauteils zwischen der Transporteinrichtung und einer der Bearbeitungseinrichtungen die Drehzahlen der Kupplungseinheiten der übernehmenden und der übergebenden Einrichtungen zu synchronisieren, die Kupplungseinheit der übernehmenden Einrichtung an die Spanneinheit anzukoppeln und daraufhin die Kupplungseinheit der übergebenden Einrichtung von der Spanneinheit zu lösen.
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Es ist bevorzugt, dass die Spanneinheiten jeweils einen in ein ringförmiges Bauteil konzentrisch einfügbaren Spanndorn und eine, vorzugsweise über das erste und/oder zweite Kupplungselement betätigbare, Spanneinrichtung zum Aufklemmen des Bauteils aufweisen, wobei das erste Kupplungselement an dem ersten axialen Ende des Spanndorns und das zweite Kupplungselement an dem zweiten axialen Ende des Spanndorns angeordnet ist.
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Es ist bevorzugt, dass die Steuerung dazu ausgebildet ist, zur Übergabe des an einer Spanneinheit eingespannten Bauteils zwischen der Transporteinrichtung und einer der Bearbeitungseinrichtungen den Transporteinrichtungs-Drehantrieb und den Bearbeitungseinrichtungs-Drehantrieb hinsichtlich der Drehzahl zu synchronisieren.
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Es ist bevorzugt, dass eine Drehzahlsynchronisationseinrichtung zur mechanischen Synchronisation der Drehzahlen von Kupplungseinheit und Kupplungselement im Verlauf des Kuppelns von Kupplungseinheit und Kupplungselement vorgesehen ist.
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Es ist bevorzugt, dass die Harzauftragseinrichtung eine Träufeleinrichtung zum Aufträufeln von Harz ist.
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Es ist bevorzugt, dass die Imprägniereinrichtungs-Kupplungseinheit um eine Drehachse drehbar ist, die bezüglich der Vertikalen und/oder Horizontalen schräg geneigt ist.
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Es ist bevorzugt, dass die Imprägniereinrichtung eine Neigungseinrichtung zum Neigen der Imprägniereinrichtungs-Kupplungseinheit zwecks Schrägstellen des daran angekuppelten und drehend angetriebenen Bauteils hat.
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Es ist bevorzugt, dass die Transporteinrichtung dazu ausgebildet ist, die Transporteinrichtungs-Kupplungseinheit mit ihrer Drehachse koaxial zu der Drehachse der jeweiligen Bearbeitungseinrichtungs-Kupplungseinheit auszurichten.
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Es ist bevorzugt, dass die erste und/oder zweite Bearbeitungsstation und die Transportstation zur Übergabe des Bauteils mit in horizontal ausgerichteter Drehachse und/oder mit bezüglich der Vertikalen und/oder Horizontalen schräg geneigten Drehachse ausgebildet sind.
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Es ist bevorzugt, dass die Transporteinrichtung zum Transport des sich drehenden Bauteils mit in horizontal ausgerichteter Drehachse und/oder mit bezüglich der Vertikalen und/oder Horizontalen schräg geneigten Drehachse ausgebildet ist.
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Es ist bevorzugt, dass die Aushärteinrichtung als Temperiereinrichtung einen auf eine Aushärttemperatur für das Harz aufheizbaren Ofen aufweist, in dem die Aushärteinrichtungs-Kupplungseinheit aufnehmbar ist, wobei der Aushärteinrichtungs-Drehantrieb außerhalb des Ofens angeordnet ist.
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Es ist bevorzugt, dass die Aushärteinrichtungs-Kupplungseinheit um eine Drehachse drehbar ist, die bezüglich der Vertikalen und/oder Horizontalen schräg geneigt ist.
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Es ist bevorzugt, dass die Aushärteinrichtung einen ersten Ofen, in dem die Aushärteinrichtungs-Kupplungseinheit aufnehmbar ist und in dem das Bauteil anfänglich unter Drehen aushärtbar ist und einen zweiten Ofen zum vollständigen Aushärten, vorzugsweise ohne Aushärteinrichtungs-Kupplungseinheit aufweist.
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Es ist bevorzugt, dass die Steuerung dazu ausgebildet ist, die Transporteinrichtung zu einer Aufnahmestation zur Aufnahme eines zu imprägnierenden Bauteils zu bewegen.
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Es ist bevorzugt, dass die Steuerung dazu ausgebildet ist, die Transporteinrichtungs-Kupplungseinheit an das erste Kupplungselement einer Spanneinheit anzukuppeln.
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Es ist bevorzugt, dass die Steuerung dazu ausgebildet ist, über einen Aktor an der Transporteinrichtungs-Kupplungseinheit ein Verklemmen einer daran angekuppelten Spanneinheit mit einem Bauteil zu bewirken.
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Es ist bevorzugt, dass die Steuerung dazu ausgebildet ist, die Transporteinrichtung derart anzusteuern, dass sie sich mit einer an die Transporteinrichtungs-Kupplungseinheit angekoppelten Spanneinheit und einem daran verklemmten Bauteil von einer Aufnahmestation zu der Imprägniereinrichtung bewegt und dort das zweite Kupplungselement in Eingriff mit der Imprägniereinrichtungs-Kupplungseinheit bringt.
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Es ist bevorzugt, dass die Steuerung dazu ausgebildet ist, zur Übergabe eines Bauteils von der Transporteinrichtung auf die Imprägniereinrichtung ein Kuppeln der Imprägniereinrichtungs-Kupplungseinheit an das zweite Kupplungselement und daraufhin ein Lösen der Transporteinrichtungs-Kupplungseinheit von dem ersten Kupplungselement zu bewirken.
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Es ist bevorzugt, dass die Steuerung dazu ausgebildet ist, nach Ankoppeln einer ein Bauteil tragenden Spanneinheit an der Imprägniereinrichtungs-Kupplungseinheit diese auf eine definierte Drehzahl zu bringen.
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Es ist bevorzugt, dass die Steuerung dazu ausgebildet ist, nach erfolgtem Auftrag von Harz auf ein Bauteil in der Imprägniereinrichtung die Transporteinrichtung derart anzusteuern, dass der Transporteinrichtungs-Drehantrieb die Transporteinrichtungs-Kupplungseinheit mit synchron zu der Drehung einer an der Imprägniereinrichtungs-Kupplungseinheit angekuppelten Spanneinheit mit daran geklemmten Bauteil antreibt und dass die so synchron drehend angetriebene Transporteinrichtungs-Kupplungseinheit in Eingriff mit dem ersten Kupplungselement dieser Spanneinheit gebracht und angekuppelt wird, und anschließend Imprägniereinrichtungs-Kupplungseinheit anzusteuern, um die drehende Spanneinheit davon zu lösen.
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Es ist bevorzugt, dass die Steuerung dazu ausgebildet ist, die Transporteinrichtung derart anzusteuern, dass eine Spanneinheit drehend von der Imprägniereinrichtung zu der Aushärteinrichtung transportiert wird und dort drehend übergeben wird:
- Es ist bevorzugt, dass die Steuerung dazu ausgebildet ist, die Aushärteinrichtung derart anzusteuern, dass das Aushärten zumindest anfänglich bei sich drehendem Bauteil erfolgt, und anschließend das Drehen zu stoppen.
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Es ist bevorzugt, dass die Steuerung dazu ausgebildet ist, die Transporteinrichtung und die erste und/oder zweite Bearbeitungsstation so anzusteuern, dass Übergabe und/oder Transport des Bauteils mit in horizontal ausgerichteter Drehachse und/oder mit bezüglich der Vertikalen und/oder Horizontalen schräg geneigter Drehachse erfolgt.
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Es ist bevorzugt, dass die Kupplungseinheiten als reibschlüssige Kupplungseinheiten zum spannenden Aufnehmen der Kupplungselemente und/oder als formschlüssige Kupplungseinheiten zum formschlüssigen und/oder drehfesten Aufnehmen der Kupplungselemente ausgebildet sind.
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Es ist bevorzugt, dass wenigstens eine der Bearbeitungseinrichtungen mehrere der Bearbeitungseinrichtungs-Kupplungseinheiten zur gleichzeitigen Aufnahme und Bearbeitung mehrerer der Bauteile aufweist.
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Es ist bevorzugt, dass die Transporteinrichtung mehrere der Transporteinrichtungs-Kupplungseinheiten zum gleichzeitigen Transport und/oder zur gleichzeitigen Übergabe oder Aufnahme oder Abgabe mehrerer der Bauteile aufweist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung ein Imprägnierverfahren zum Imprägnieren von Bauteilen einer elektrischen Maschine in Serienproduktion, umfassend die Schritte:
- d) Auftragen eines Harzes in einer Imprägniereinrichtung auf ein sich drehendes Bauteil,
- e) Übergabe des sich drehenden Bauteils von der Imprägniereinrichtung zu einer Transporteinrichtung,
- f) Transport des sich drehenden Bauteils mittels der Transporteinrichtung von der Imprägniereinrichtung zu einer Aushärteinrichtung,
- g) Übergabe des sich drehenden Bauteils von der Transporteinrichtung zu einer Aushärteinrichtung und
- h) Aushärten des Harzes in der Aushärteinrichtung durch Temperieren des Bauteils.
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Es ist bevorzugt, dass die Schritte des Imprägnierverfahrens getaktet an mehreren Bauteilen nacheinander durchgeführt werden.
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Es ist bevorzugt, dass die Schritte des Imprägnierverfahrens an mehreren Bauteilen gleichzeitig durchgeführt werden.
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Vorzugsweise umfasst das Imprägnierverfahren den vor Schritt d) durchzuführenden Schritt:
- 0) Aufnahme eines zu imprägnierenden Bauteils durch die Transporteinrichtung an einer Aufnahmestation.
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Vorzugsweise umfasst das Imprägnierverfahren den vor Schritt d) durchzuführenden Schritt:
- a) Klemmen des Bauteils auf eine Spanneinheit.
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Vorzugsweise umfasst das Imprägnierverfahren den vor Schritt d) durchzuführenden Schritt:
- b) Kuppeln der Spanneinheit mittels eines an einem Ende der Spanneinheit vorgesehenen Kupplungselements an eine vorzugsweise drehbar antreibbare Transporteinrichtungs-Kupplungseinheit.
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Vorzugsweise umfasst das Imprägnierverfahren den vor Schritt d) durchzuführenden Schritt:
- c) Übergabe des Bauteils an die Imprägniereinrichtung durch Ankuppeln eines an einem zweiten Ende der Spanneinheit angeordneten zweiten Kupplungselements an eine drehbar antreibbare Imprägniereinrichtungs-Kupplungseinheit und Abkuppeln der Transporteinrichtungs-Kupplungseinheit von dem ersten Kupplungselement.
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Es ist bevorzugt, dass Schritt f) enthält:
- f1) Drehen des Bauteils während des Transports mittels drehendem Antreiben der Transporteinrichtungs-Kupplungseinheit und damit der daran angekuppelten Spanneinheit.
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Es ist bevorzugt, dass Schritt f) enthält:
- f2) Drehen des Bauteils während des Transports mittels drehendem Antreiben der Transporteinrichtungs-Kupplungseinheit und damit der daran angekuppelten Spanneinheit um eine horizontale oder bezüglich der Horizontalen und/oder Vertikalen schräg geneigten Drehachse.
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Es ist bevorzugt, dass in den Schritten d) bis g) das Bauteil um eine Drehachse gedreht wird, die zur Vertikalen und/oder Horizontalen schräg geneigt ist.
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Es ist bevorzugt, dass in Schritt d) das Bauteil um eine Drehachse gedreht wird, die zur Vertikalen und/oder Horizontalen schräg geneigt ist und dass in wenigstens einem der Schritte e) bis g) das Bauteil um eine Drehachse gedreht wird, die horizontal ausgerichtet ist.
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Es ist bevorzugt, dass in den Schritten d) bis g) das ringförmige Bauteil um seine zentrale Mittelachse als Drehachse gedreht wird.
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Es ist bevorzugt, dass auch in Schritt h) das Bauteil zumindest anfänglich um eine Drehachse gedreht wird, die horizontal ausgerichtet oder bezüglich der Vertikalen und/oder Horizontalen schräg geneigt ist.
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Vorzugsweise umfasst Schritt d) den Schritt:
- d1) Drehendes Antreiben des Bauteils von der Drehzahl 0 auf eine vorbestimmte Drehzahl kleiner oder gleich 50 min-1.
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Vorzugsweise umfasst Schritt d) den Schritt:
- d2) Drehendes Antreiben des Bauteils durch Antreiben einer an eine Spanneinheit, auf der das Bauteil aufgeklemmt ist, angekuppelten Imprägniereinrichtungs-Kupplungseinheit.
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Vorzugsweise umfasst Schritt d) den Schritt:
- d3) Aufträufeln des Harzes auf das sich drehende Bauteil mittels einer Träufeleinrichtung.
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Vorzugsweise umfasst Schritt d) den Schritt:
- d4) Schrägstellen der Drehachse des sich drehenden Bauteils.
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Es ist bevorzugt, dass wenigstens einer oder jeweils beide der Schritte e) und g) die folgende Reihenfolge von Schritten enthalten:
- i) Synchronisieren der Drehung einer Kupplungseinheit an der übernehmenden Einrichtung an die Drehung des Bauteils,
- ii) Ankuppeln der synchron drehenden Kupplungseinheit der übernehmenden Einrichtung an ein freies Kupplungselement an einer das Bauteil klemmenden Spanneinheit,
- iii) Lösen einer Kupplungseinheit der übergebenden Einrichtung von einem anderen Kupplungselement an der Spanneinheit.
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Vorzugsweise umfasst Schritt h) den Schritt:
- h1) Drehen des Bauteils in einem Ofen.
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Vorzugsweise umfasst Schritt h) den Schritt:
- h2) Erhitzen des sich drehenden Bauteils auf eine Aushärttemperatur in einem Ofen.
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Vorzugsweise umfasst Schritt h) den Schritt:
- h3) Verlangsamen und/oder Anhalten der Drehung des Bauteils im Verlauf oder nach dem Aushärtprozess.
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Vorzugsweise umfasst Schritt h) den Schritt:
- h4) Drehen des Bauteils in einem ersten Ofen, teilweises Aushärten des Bauteils in dem ersten Ofen, bis auch das Harz bei Anhalten der Drehung nicht mehr aus dem Bauteil ausläuft, Stoppen der Drehung und Übergabe des Bauteils an einen zweiten Ofen zum vollständigen Aushärten.
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Vorzugsweise umfasst das Imprägnierverfahren die nach Schritt h) durchzuführenden Schritte:
- k1) Übergabe des Bauteils an die Transporteinrichtung durch Ankuppeln eines an einem ersten Ende einer das Bauteil klemmenden Spanneinheit angeordneten ersten Kupplungselements an eine Transporteinrichtungs-Kupplungseinheit und Lösen eines an einem zweiten Ende der Spanneinheit angeordneten zweiten Kupplungselements von einer Aushärteinrichtungs-Kupplungseinheit;
- l1) Transport des ausgehärteten Bauteils von der Aushärteinrichtung zu einer Abgabestation; und
- m1) Lösen einer das Bauteil klemmenden Spanneinheit von dem Bauteil.
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Vorzugsweise umfasst das Imprägnierverfahren die im Verlauf von h) durchzuführenden Schritte:
- k2) Übergabe des Bauteils nach einem anfänglichen Aushärten unter Drehen des Bauteils von einer ersten Aushärteeinheit einer Aushärteinrichtung an die Transporteinrichtung durch Ankuppeln eines an einem ersten Ende einer das Bauteil klemmenden Spanneinheit angeordneten ersten Kupplungselements an eine Transporteinrichtungs-Kupplungseinheit und Lösen eines an einem zweiten Ende der Spanneinheit angeordneten zweiten Kupplungselements von einer ersten Aushärteinrichtungs-Kupplungseinheit der ersten Aushärteeinheit;
- m2) Lösen einer das Bauteil klemmenden Spanneinheit von dem Bauteil und Transport des teilweise ausgehärteten Bauteils zu einer zweiten Aushärteeinheit der Aushärteinrichtung;
und den nach Schritt h) durchzuführenden Schritt:
- l2) Transport des ausgehärteten Bauteils von der Aushärteinrichtung zu einer Abgabestation.
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Vorzugsweise umfasst das Imprägnierverfahren:
- Durchführen des Imprägnierverfahrens mit einer Imprägniervorrichtung nach einer der voranstehenden Ausgestaltungen.
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Vorzugsweise umfasst das Imprägnierverfahren wenigstens einen oder mehrere oder alle der Schritte aus der folgenden Reihenfolge von Schritten:
- S1 Bewegen einer Transporteinrichtung zu einer Aufnahmestation zur Aufnahme eines zu imprägnierenden Bauteils;
- S2 Ankuppeln einer Transporteinrichtungs-Kupplungseinheit der Transporteinrichtung an ein an einem ersten Ende einer Spanneinheit angeordneten erstes Kupplungselement;
- S3 Bewirken eines Verklemmens einer an der Transporteinrichtungs-Kupplungseinheit angekuppelten Spanneinheit mit einem Bauteil mittels eines über die Transporteinrichtungs-Kupplungseinheit wirkenden Aktors;
- S4 Bewegen der Transporteinrichtung mit einer an die Transporteinrichtungs-Kupplungseinheit angekoppelten Spanneinheit und einem daran verklemmten Bauteil von einer Aufnahmestation zu einer Imprägniereinrichtung und In-Eingriff-Bringen des zweiten Kupplungselements in Eingriff mit einer Imprägniereinrichtungs-Kupplungseinheit;
- S5 Übergabe eines Bauteils von der Transporteinrichtung auf die Imprägniereinrichtung durch Kuppeln der Imprägniereinrichtungs-Kupplungseinheit an das zweite Kupplungselement und daraufhin Lösen der Transporteinrichtungs-Kupplungseinheit von dem ersten Kupplungselement;
- S6 Antreiben der Imprägniereinrichtungs-Kupplungseinheit auf eine definierte Drehzahl nach Ankoppeln einer ein Bauteil tragenden Spanneinheit an der Imprägniereinrichtungs-Kupplungseinheit;
- S7 Synchronisierung eines Transporteinrichtungs-Drehantriebs an die Drehzahl des rotierenden Bauteils nach erfolgtem Auftrag von Harz auf das Bauteil, so dass der Transporteinrichtungs-Drehantrieb die Transporteinrichtungs-Kupplungseinheit mit synchron zu der Drehung einer an der Imprägniereinrichtungs-Kupplungseinheit angekuppelten Spanneinheit mit daran geklemmten Bauteil antreibt, In-Eingriff-Bringen der so synchron drehend angetriebenen Transporteinrichtungs-Kupplungseinheit in Eingriff mit dem ersten Kupplungselement dieser Spanneinheit und Ankuppeln derselben, und anschließend Lösen der Imprägniereinrichtungs-Kupplungseinheit, um das zweite Kupplungselement der drehenden Spanneinheit davon zu lösen;
- S8 Bewegen der Transporteinrichtung zu einer Aushärteinrichtung, Einfügen des an der Transporteinrichtung drehenden Bauteils in einen Ofen, Synchronisierung eines Aushärteinrichtungs-Drehantriebs an die Drehzahl des sich drehenden Bauteils, so dass der Aushärteinrichtungs-Drehantrieb eine in dem Ofen angeordnete oder anordnenbare Aushärteinrichtungs-Kupplungseinheit synchron zu der Drehung der an die Transporteinrichtungs-Kupplungseinheit angekuppelten Spanneinheit mit daran geklemmten Bauteil drehend antreibt; In-Eingriff-Bringen der so synchron drehend angetriebenen Aushärteinrichtungs-Kupplungseinheit mit dem zweiten Kupplungselement und Ankuppeln desselben, und Anschließend Lösen der Transporteinrichtungs-Kupplungseinheit, um das erste Kupplungselement der drehenden Spanneinheit davon zu lösen;
- S9 Temperieren des rotierenden Bauteils auf eine Aushärttemperatur in dem Ofen bei an der drehenden Aushärteinrichtungs-Kupplungseinheit angekuppelter Spanneinheit;
- S10 Anhalten der Drehung der Aushärteinrichtungs-Kupplungseinheit nach dem - zumindest teilweisen - Aushärten;
- S11 In-Eingriff-Bringen der sich nicht drehenden Transporteinrichtungs-Kupplungseinheit mit dem ersten Kupplungselement der Spanneinheit, auf der das zumindest teilweise ausgehärtete Bauteil in der Aushärteinrichtung aufgeklemmt ist, Lösen der Aushärteinrichtungs-Kupplungseinheit von dem zweiten Kupplungselement;
- S11a gegebenenfalls vollständiges Aushärten des Bauteils;
- S12 Abtransport des Bauteils mittels der Transporteinrichtung; und/oder
- S13 Abgabe des Bauteils durch die Transporteinrichtung an einer Abgabestation.
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Im Folgenden werden Vorteile und besondere Merkmale sowie Einsatzmöglichkeiten der Erfindung oder deren vorteilhaften Ausgestaltungen näher erläutert.
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Die Imprägniervorrichtung und das Imprägnierverfahren sind insbesondere im Rahmen einer Serienfertigung eines Bauteils einer elektrischen Maschine, und mehr insbesondere eines Stators eines Elektromotors, verwendbar. Insbesondere können Statoren von Elektromotoren bearbeitet werden, die als Fahrmotoren für Fahrzeuge im entsprechenden Leistungsbereich von 20kW bis 500kW einzusetzen sind.
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Das Bauteil hat vorzugsweise ein ringförmiges Gehäuse. Das ringförmige Gehäuse ist beispielsweise das Ringgehäuse eines derartigen Stators eines Elektromotors oder einer sonstigen elektrischen Maschine. Das Gehäuse kann zum Beispiel aus einem Blechpaket gebildet sein, welches aus vielen einzelnen Blechen aufgebaut ist. Die Bleche können zueinander ausgerichtet werden, gefügt werden und verschweißt werden. Das Gehäuse ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass sich im Innenraum des Gehäuses axiale Längsnuten befinden. Beispielsweise ergibt sich durch die geometrische Form der einzelnen Bleche der zuvor erläuterten Ausgestaltung eines Blechpakets nach dem Fügen einer Anordnung von axialen Längsnuten, die durch das Blechpaket führen.
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Vorzugsweise werden in diese Nuten des Gehäuses Isolierungen aus Isolationspapier eingebracht. In den Nuten werden einzelne Wicklungen einer Spulenwicklung aufgenommen. Insbesondere können in den Nuten Kupferdrähte oder Kupferpins aufgenommen sein, welche eine Spulenwicklung bilden. Beispielsweise werden die Nuten Isolationspapiere eingebracht, welche die Kupferdrähte oder Kupferpins im Blechpaket umhüllen. Durch die Nuten verlaufen die Spulenwicklungen, die von dem Gehäuse durch die Isolierung, beispielsweise Isolierpapier, getrennt sind.
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Zwischen den einzelnen Leitungen der Spulenwicklung - beispielsweise Kupferdrähten und Kupferpins - sowie der Isolierung - beispielsweise durch Isolationspapier - entstehen kleine Lücken. Die Nuten können nicht zu 100% mit leitfähigem Material gefüllt werden.
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Zur Stabilisierung der Spulenwicklungen im Gehäuse und zum Isolieren und Stabilisieren ist es vorteilhaft, derartige Lücken durch ein nicht leitendes Material auszufüllen. Hierzu wird zum Beispiel mit dem Imprägnierverfahren und der Imprägniervorrichtung gemäß einer der Ausgestaltungen der Erfindung ein Harz in die entstandenen Lücken gefüllt, das nach dem Aushärten bei einer bestimmten Temperatur die einzelnen in ihrer Position stabilisiert. Eine derartige Harzfüllung wirkt dem elektrischen Durchschlag einzelner Leiter entgegen, begünstigt die Wärmeableitung und verhindert Vibrationen bzw. Folgeschäden wie Abrasion einer Isolationsschicht der einzelnen Leiterwicklungen durch Vibrationen.
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Zur Befüllung der Nuten mit dem Harz gibt es verschiedene Verfahren. Bei bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung geht es speziell um das sogenannte Träufelverfahren, wie es auch näher in der eingangs genannten
DE 10 2017 001 939 A1 beschrieben ist.
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Besonders bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung betreffen eine Imprägnieranlage mit Träufelstation, Gelierofen und Übergabe eines rotierenden Werkstücks.
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Vorzugsweise wird eine mit der Mittelachse des Bauteils zusammenfallende Drehachse horizontal auf einer Maschinenachse angeordnet, um die sich das Bauteil dreht. Optional kann die Drehachse um eine bestimmte Gradzahl gekippt werden.
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Die Harzauftragseinrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass eine oder mehrere Träufeldüsen auf die Leitungswicklungen bildenden Drähte oder Pins, welche aus den Nuten des Gehäuses ragen, gerichtet sind. Mit den Träufeldüsen wird flüssiges Harz auf die Leiterwicklungen geträufelt, während sich das Bauteil um seine Drehachse dreht.
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Je nach verwendetem Harz ist es hierbei vorteilhaft, dass das gesamte Bauteil zuvor auf eine bestimmte Temperatur gebracht wurde. Hierdurch wird auch das Harz niedrig viskos, also flüssig, und kann so über die Kapilarwirkung zwischen den Leiterwicklungen durch die Nuten des Gehäuses des Bauteils laufen bzw. kriechen.
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Nachdem die geplante Menge an Harz aufgebracht oder eingebracht worden ist, wird das Harz vorzugsweise auf eine Geltemperatur gebracht. Die Geltemperatur ist vom Harz abhängig. Hier fängt das Harz an zu polymersieren, d.h. auszuhärten.
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Bei Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bauteil, solange das Harz noch nicht angefangen hat zu gelieren, vorzugsweise konstant um seine Drehachse weitergedreht wird. Durch die Drehung kann bewirkt werden, dass das Harz nicht wieder sofort aus den Nuten läuft. Das Harz wird zum Beispiel nur durch die Fliehkräfte der Drehung, die Kapilarwirkung und die definierte Viskosität in Position gehalten.
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Einige derzeit auf dem Markt erhältliche Ausführungen von Träufelanlagen halten einen Stator an einer festen Position, an der der Stator um seine Drehachse gedreht wird. Die Träufeldüsen fahren an die festgelegten Positionen und träufeln das Harz auf die Drähte oder Pins. Anschließend werden die Träufeldüsen wieder weggefahren, und ein Ofen wird über den drehenden Stator gefahren, welcher das komplette Werkstück auf die Geltemperatur aufheizt. Mit einer solchen Ausführung einer Träufelanlage können nur kleine Stückzahlen Statoren geträufelt werden, sie dienen daher nur für Einzelherstellung oder für Kleinserien.
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Um größere Mengen an Bauteilen automatisiert zu imprägnieren, müssen Imprägnieranlagen mit höherer Ausbringung konstruiert werden.
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Eine solche auf dem Markt befindliche Imprägnieranlage nutzt eine Transporteinrichtung in Form einer Verkettung, die die Werkstücke an einer Kette durch die gesamte Anlage führt. Direkt auf den Kettengliedern befinden sich Aufnahmen für Statoren. Die Kette führt von einer Bestückungsposition durch ein Vorwärmfunktion an die Träufelposition und weiter zu einem Gelierofen bzw. Aushärteofen. Danach werden die Bauteile fertig entnommen. Die gesamte Anlage muss hierzu auf den langsamsten Arbeitsschritt abgestimmt werden. Ein Vorteil ist eine hohe Stückzahl, da immer mehrere Statoren gleichzeitig bearbeitet werden können und im Anschluss unter Rotation zum Gelierofen transportiert werden können. Nachteil der Anlage ist, dass bei einer Störung eine hohe Stückzahl an Statoren Ausschuss werden bzw. nicht mehr verwendet werden können. Des Weiteren handelt es sich um einen starren Aufbau, der nicht ausgebaut oder skaliert werden kann. Die Stückzahl ist fixiert. Zusätzlich erfolgt der Produkttransport durch einen Bereich zwischen 140° Celsius bis 200° Celsius. Dies führt zu Materialänderungen in Form von Längenänderungen, zum Beispiel der Transportkette. Alle bewegten Bauteile, die sich in einem Bereich über 100° befinden, sind zudem besonders wartungsintensiv und müssen entsprechend oft getauscht werden. Die Teile sind auch teuer, da sie für einen besonderen Einsatz in diesem Bereich ausgelegt sind.
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Besonders bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung schaffen daher ein Imprägnierverfahren sowie eine Imprägniervorrichtung, mit denen sich Bauteile elektrischer Maschinen, insbesondere Statoren, in Großserie in großer Stückzahl schneller als bisher imprägnieren lassen, wobei kostengünstigere Teile für die Vorrichtung einsetzbar sind und nachteilige Längenänderungen an Gliedern einer Transporteinrichtung vermieden werden. Vorzugsweise ist die Vorrichtung modular ausbaubar oder skalierbar.
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Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung führen einen Träufelprozess zum Imprägnieren von Bauteilen von elektrischen Maschinen in einer Serienproduktion durch, wobei die Bauteile von einer Imprägniereinrichtung, in der das Träufeln erfolgt, an einer Aushärteeinrichtung, in der ein Gelieren erfolgt, unter ständiger Rotation übergeben werden. Bei bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung befinden sich alle Antriebe außerhalb des heißen Bereichs, also außerhalb von Öfen, wie beispielsweise eines Gelierofens oder eines Aushärteofens. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ermöglichen einen ruckfreien Teiletransport, der zudem wartungsarm und verschleißarm ist. Besonders bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ermöglichen einen möglichst hohen Durchsatz von Bauteilen.
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Vorzugsweise weist eine Transporteinrichtung ein Handlingtool auf. An einem Handlingtool befindet sich vorzugsweise ein Spannsystem, mit welchem ein Spanndorn geklemmt wird.
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Vorzugsweise beinhaltet der Spanndorn selbst (ebenfalls) ein Spannsystem, mit dem das Werkstück - also insbesondere das zu beträufelnde Bauteil - aufgenommen und geklemmt werden kann. Befindet sich der Spanndorn in dem Bauteil, wird weiter vorzugsweise über eine Betätigung von dem Handlingtool aus das Spannsystem Spanndorn - Bauteil geklemmt.
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Das Bauteil kann mit dem Handlingtool nun bewegt werden.
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Vorzugsweise wird das Bauteil nun zu einem Anschluss in einer Träufelanlage - Beispiel für die Imprägniereinrichtung - gefahren. Vorzugsweise schließt, sobald der Spanndorn in Position ist, das Spannsystem Spanndorn - Träufelanlage; im Anschluss öffnet sich weiter vorzugsweise das Spannsystem Handlingtool-Spanndorn, und das Handlingtool wird aus dem Arbeitsbereich der Träufelanlage gebracht.
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Vorzugsweise bringt ein Motor der Träufelanlage das Bauteil auf eine definierte Drehzahl - beispielsweise zwischen 0 bis 50min-1.
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Vorzugsweise wird nach Beendigung des Träufelvorgangs das Handlingtool wieder in Position gebracht. Hierbei wird die Rotation von dem Handlingtool vorzugsweise über die Steuerung durch den Motor mit der Rotation der Imprägniereinrichtung synchronisiert. Befindet sich der Anschluss des Handlingtools in Position, schließt vorzugsweise das Spannsystem Handlingtool-Spanndorn. Danach öffnet das Spannsystem Spanndorn-Träufelanlage.
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Vorzugsweise wird das Handlingtool dann mit dem Bauteil zu einem Gelierofen bewegt - Ausführungsbeispiel für einen Ofen einer Aushärteeinrichtung. In dem Gelierofen wird vorzugsweise gleichzeitig die Drehzahl eines Anschlusses im Gelierofen mit dem Motor - vorzugsweise mittels der Steuerung - mit der Drehzahl des Handlingtools synchronisiert.
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Befindet sich der Spanndorn in Position, schließt das Spannsystem Spanndorn-Gelierofen; das Spannsystem Handlingtool-Spanndorn wird gelöst, und das Handlingtool kann aus dem Gelierofen fahren.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Drehzahl in dem Ofen bis zum Ablauf der Gelierzeit beibehalten. Danach wird die Rotation gestoppt.
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Das Handlingtool bringt den Anschluss Handlingtool wieder in die Position zum Spanndorn, das Spannsystem-Handlingtool-Spanndorn schließt. Nun kann vorzugsweise das Spannsystem Spanndorn-Gelierofen gelöst werden. Vorzugsweise wird dann das Handlingtool zu einer Absetzposition des Bauteils gefahren. Vorzugsweise wird über die Betätigung des Spanndorns das Spannsystem Spanndorn - Bauteil gelöst und der Spanndorn kann aus dem Bauteil entfernt werden.
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Mit diesen Übergabesystemen kann eine sichere und erschütterungsfreie Übergabe mit konstanter Rotation des Bauteils zwischen den einzelnen Einrichtungen gewährleistet werden.
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Die Einrichtungen können als Module aufgebaut sein.
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Besonders bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung haben insbesondere folgende Vorteile:
- - das Bauteil kann unter konstanter Rotation von einem Imprägnieren - insbesondere Träufeln - zu einem Aushärten - insbesondere Gelieren - transportiert werden
- - Schläge und unruhiger Lauf des Transportkonzeptes werden vermieden
- - vorzugsweise sind sämtliche bewegten Teile (Motoren, Getriebeteile) aus einem heißen Bereich - zum Beispiel Ofen - ausgelagert
- - es kommt zu keinem Problem mit Längenänderungen oder besonders hoch temperaturbeanspruchten Teilen
- - Wartungskosten sind minimiert
- - eine Spanneinheit - beispielsweise Spanndorn - kann von einer Transporteinrichtung - beispielsweise Handlingtool, Roboterarm oder dergleichen - aus betätigt werden
- - die Transporteinrichtung - Handlingtool, beispielsweise an einem Roboterarm - wird nicht in die einzelnen Arbeitsschritte miteingebunden, sondern kann in der Zwischenzeit andere Schritte durchführen
- - die einzelnen Module oder Einrichtungen können je nach Bedarf skaliert oder ausgebaut werden und miteinander in unterschiedlichem Aufbau kombiniert werden
- - es ist eine gleichzeitige Bearbeitung von Bauteilen in den einzelnen Einrichtungen möglich; auch ist eine taktweise Bearbeitung von Bauteilen in unterschiedlichen Einrichtungen ermöglicht
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung können mehrere Bauteile - beispielsweise Statoren - gleichzeitig geträufelt, gleichzeitig zwischen den Stationen übergeben und gleichzeitig ausgearbeitet werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt ein Synchronisieren bei der Übergabe zwischen einer Bearbeitungseinrichtung und einer Transporteinrichtung über eine Steuerung, die die Drehzahlen der Antriebe miteinander synchronisiert. Die Synchronisierung der Drehzahlen bei der Übergabe muss jedoch nicht zwangsläufig oder nicht vollständig durch eine Steuerung, beispielsweise eine elektronische Steuerung, geschehen, sondern kann auch zumindest im gewissen Maße mechanisch erfolgen. Beispielsweise kann ein Synchronisieren über die Kupplungseinheiten und Kupplungselemente im Laufe des Kupplungsvorgangs geschehen. Dies kann beispielsweise über Reibschluss im Verlauf des Eingriffs der Kupplungseinheit mit dem Kupplungselement geschehen oder ähnlich wie bei dem Ablauf einer Synchronisation mittels Synchronringen in Kraftfahrzeuggetrieben geschehen. Die Kupplungseinheit oder das Kupplungselement kann entsprechend wenigstens einen Synchronring aufweisen, der wie der Synchronring in einem Kfz-Getriebe wirkt. So kann am Anfang die Übergabe zumindest ein gewisser Drehzahlunterschied bestehen, der dann im Laufe des Kupplungsvorgangs ausgeglichen wird.
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Eine Neigung der Drehachse relativ zur horizontalen kann insbesondere bei einem Träufelvorgang vorteilhaft sein, so dass Harz nicht nur durch Fliehkräfte und Kapilarkräfte, sondern auch durch Schwerkraft von einem höher liegenden Ende des Bauteils zu einem tiefer liegenden Ende des Bauteils fließt.
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Eine Neigung der Drehachse kann durch eine entsprechende Stelleinrichtung an einer Lagerung einer Drehwelle, an deren Ende die Imprägniereinrichtungs-Kupplungseinheit vorgesehen ist, erfolgen.
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Bei einer konstanten Drehung des Bauteils ist in der Regel auch dann kein Austritt von Harz zu erwarten, wenn dieses noch viskos ist. Entsprechend kann eine Übergabe und ein Transport mit horizontal ausgerichteten Drehachsen erfolgen. Eine Übergabe und ein Transport kann aber auch mit entsprechend schräg geneigten Drehachsen erfolgen.
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Bei bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung ist somit vorgesehen, dass die Übergabe zwischen der Transporteinrichtung und den einzelnen Bearbeitungsstationen entweder bei horizontaler Ausrichtung der zentralen Achsen des Bauteils oder bei Schrägstellung dieser Achse erfolgen kann. Wie zuvor erläutert, läuft das Imprägnierharz bei Durchführung einer Drehbewegung auch dann nicht während des Transports unter Übergabe aus, wenn die Drehachse des Bauteils horizontal angeordnet ist. Eine Schrägstellung ist somit insbesondere für das Träufeln vorteilhaft, jedoch nicht unbedingt für den anschließenden Transport und/oder für das anschließende Aushärten.
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Bei einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Bauteil in einer ersten Aushärteinheit der Aushärteeinrichtung unter Drehbewegung soweit ausgehärtet wird, bis das Harz auch bei Beendigung der Drehbewegung des Bauteils nicht mehr ausläuft. Anschließend wird es in eine zweite Aushärteeinheit der Aushärteeinrichtung gebracht, in der das Bauteil ohne weitere Drehbewegung liegt, um dort final auszuhärten. Eine Entfernung der Spanneinheit kann auch bereits vor dem Einbringen in die zweite Aushärteinheit erfolgen, so dass das Bauteil in der zweiten Aushärteeinheit ohne mittels der Spanneinheit eingespannt zu sein, liegt.
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Besondere Ausgestaltungen der Imprägniervorrichtung sind durch eine Imprägnieranlage mit Träufelstation, Gelierofen und mit der Möglichkeit der Übergabe eines rotierenden Werkstücks oder Bauteils ausgebildet.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Stators als Beispiel für ein Bauteil einer elektrischen Maschine, welches in einer Imprägniervorrichtung in Serienproduktion zu imprägnieren ist;
- 2 eine Querschnittsansicht durch den Stator von 1 entlang einer senkrecht zu einer Mittelachse des Stators liegenden Querschnittsebene;
- 3 eine Vergrößerung eines Bereichs des in 2 dargestellten Stators;
- 4 eine Ansicht wie in 3 für einen Stator gemäß einer anderen Ausführungsform;
- 5 eine perspektivische Ansicht eines Bauteils einer elektrischen Maschine während eines Imprägniervorgangs in einer Imprägniereinrichtung der Imprägniervorrichtung, mit einer als Träufeleinrichtung ausgebildeten Harzauftragseinrichtung;
- 6 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Imprägniervorrichtung mit einer Imprägniereinrichtung als erste Bearbeitungseinrichtung und einer Aushärteeinrichtung als zweite Bearbeitungseinrichtung und einer Transporteinrichtung zum Transportieren der Bauteile zwischen den Bearbeitungseinrichtungen;
- 7 ein vergrößertes Detail der Imprägniereinrichtung aus 6;
- 8 ein weiteres vergrößertes Detail der Imprägniereinrichtung aus 6, wobei eine als Träufeleinrichtung ausgebildete Harzauftragseinrichtung dargestellt ist;
- 9 eine vergrößerte Ansicht eines Details der Transporteinrichtung von 6, wobei ein Handlingtool an einem Roboterarm der Transporteinrichtung dargestellt ist und mehrere Bauteile daran drehbar gehalten sind;
- 10 eine teils im Schnitt teils in Draufsicht dargestellte Ansicht, welche das Bauteil, eine das Bauteil einspannende Spanneinheit mit Kupplungselementen an dessen Enden und eine durch einen Transporteinrichtungs-Drehantrieb drehend antreibbare Transporteinrichtungs-Kupplungseinheit zum Ankuppeln an ein erstes Kupplungselement und eine durch einen Bearbeitungseinrichtungs-Drehantrieb drehend antreibbare Bearbeitungseinrichtungs-Kupplungseinheit zum Ankuppeln an das zweite Kupplungselement darstellt.
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Die 1 bis 3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel für ein zu imprägnierendes Bauteil 10 einer elektrischen Maschine. In diesem Ausführungsbeispiel ist das zu imprägnierende Bauteil 10 ein Stator 12 einer elektrischen Maschine und insbesondere eines Elektromotors, der als Fahrmotor in einem Elektrofahrzeug einsetzbar ist. In anderen Ausführungsbeispielen könnte das zu imprägnierende Bauteil 10 auch ein anderes Element einer elektrischen Maschine, wie zum Beispiel ein Rotor sein.
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Der Stator
12 hat ein beispielsweise aus einem Blechpaket hergestelltes, vorzugsweise ringförmiges Gehäuse
14 mit bezüglich der Mittelachse des Gehäuses
14 axial angeordneten Nuten
16, in welchen jeweils wenigstens ein Isolationspapier
18 und Drahtabschnitte
20 einer Spulenwicklung
22 untergebracht sind. Der in den
1 bis
3 dargestellte Stator kann beispielsweise durch ein Verfahren hergestellt sein, wie es näher in der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2018 103 962.3 sowie der
WO 2018/233774 A1 und der
WO 2018/233771 A1 beschrieben und gezeigt ist.
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Dementsprechend können die Drahtabschnitte 20 in den Nuten 16 einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.
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4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für den Stator 12, wo die Spulenwicklungen 22 durch eine Vielzahl von Drahtabschnitten 20 mit rundem Querschnitt gebildet sind.
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Bei beiden Ausführungsformen des Stators 12 können die Nuten 16 nicht vollständig durch das Isolationspapier 18 und die Drahtabschnitte 20 befüllt werden.
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Zur Stabilisierung des Stators 12, Fixierung der Lage der Drahtabschnitte 20 in der Nut 16, zur besseren Isolierung zwecks Verhinderung von Überschlägen und zur Vermeidung von Beschädigungen von Isolationen der Drahtabschnitte 20 durch Vibrationen ist es vorteilhaft, die verbleibenden Hohlräume innerhalb der Nuten 16 mit einem elektrisch isolierenden Harz auszufüllen. Dieses Einfüllen von Harz erfolgt mittels einer Imprägniervorrichtung 24, die eine Harzauftragseinrichtung 26 zum Auftragen von Harz auf das zu imprägnierende Bauteil 10 aufweist. Die Harzauftragseinrichtung 26 kann unterschiedlich aufgebaut sein. 5 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, wobei die Harzauftragseinrichtung 26 als Träufeleinrichtung 28 zum Aufträufeln eines zunächst noch flüssigen Harzes ausgebildet ist. Vorzugsweise wird das Bauteil 10 dabei um seine Längsmittelachse als Drehachse gedreht. Das Harz von der Träufeleinrichtung 28 läuft dann durch Kapilarkräfte und durch Fliehkräfte und - bei Neigung der Drehachse des Bauteils 10 schräg zur Vertikalen auch durch Schwerkraft - in die verbleibenden Hohlräume in den Nuten 16 und füllt diese aus.
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Anschließend wird das Harz durch Temperieren geliert und schließlich vollständig ausgehärtet.
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6 zeigt eine Übersichtsdarstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels für die Imprägniervorrichtung 24, die insbesondere als modulare Imprägnieranlage ausgebildet ist, welche Teil einer Herstellanlage zum Herstellen des Bauteils 10 sein kann.
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Die Imprägniervorrichtung 24 weist eine Aufnahmestation 30 zum Aufnehmen zu imprägnierender Bauteile 10, eine erste Bearbeitungseinrichtung 32, eine zweite Bearbeitungseinrichtung 34, eine Transporteinrichtung 36 und eine Abgabestation 32 zum Abgeben von fertig imprägnierten Bauteilen 10 auf.
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Die Aufnahmestation 30 und die Abgabestation 38 können Stationen an einem Fließband 40 zur Großserienherstellung der Bauteile 10 sein. Beispielsweise werden an der Aufnahmestation 30 jeweils ein Bauteil 10 oder eine Gruppe von Bauteilen 10 angeliefert. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird jeweils eine Gruppe von drei zu imprägnierenden Bauteilen 10 angeliefert, wobei die einzelnen Bearbeitungsschritte in den Bearbeitungseinrichtungen 32, 34 jeweils gleichzeitig an allen Bauteilen 10 einer solchen Gruppe durchgeführt werden. Die Gruppe von Bauteilen kann beispielsweise zwei bis zehn Bauteile umfassen.
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Die erste Bearbeitungseinrichtung 32 ist eine Imprägniereinrichtung 42, die die hier als Träufeleinrichtung 28 ausgebildete Harzauftragseinrichtung 26 aufweist.
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Die zweite Bearbeitungseinrichtung 34 ist eine Aushärteinrichtung 44, welche wenigstens eine Temperiereinrichtung 46 zum Aushärten des durch die Harzauftragseinrichtung 26 aufgetragenen Harzes aufweist.
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Die Transporteinrichtung 36 ist zum Transport der Bauteile 10 zwischen der Aufnahmestation 30, dem Bearbeitungseinrichtungen 32, 34 und der Abgabestation 38 ausgebildet. Die Transporteinrichtung 36 weist ein beispielsweise als Roboterarm 48 oder an einem Roboterarm 48 ausgebildetes Handlingtool zum Handhaben der Bauteile 10 auf.
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Die Imprägniereinrichtung 42 weist eine in 7 vergrößerte dargestellte erste Halte- und Dreheinrichtung 50 zum Halten und Drehen der in der Imprägniereinrichtung 42 zu bearbeitenden Bauteile 10 und die in 7 und größer, 8 größer dargestellte Träufeleinrichtung 28 auf.
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Die Transporteinrichtung 36 weist die in 9 vergrößert dargestellte zweite Halte- und Dreheinrichtung 52 zum Halten und Drehen der zu transportierenden Bauteile 10 auf.
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Die Aushärteinrichtung 44 weist als Temperiereinrichtungen 46 einen ersten Ofen 54, einen zweiten Ofen 56 und einen dritten Ofen 58 und wenigstens eine dritte Halte- und Dreheinrichtung 60 zum Halten und Drehen der von der Imprägniereinrichtung 42 übernommenen Bauteile 10 auf.
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Die Halte- und Dreheinrichtungen 50, 52, 60 weisen eine der Anzahl von Bauteilen 10 in einer Gruppe entsprechende Anzahl von Bauteilaufnahmen 62 auf. Wie aus 7 ersichtlich, weist jede Bauteilaufnahme 62 eine drehend angetriebene Drehwelle 64 auf, an deren freien Ende jeweils ein Bauteil 10 in hiernach noch näher erläuterter Weise aufgenommen ist.
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Die erste Halte- und Dreheinrichtung 50 ist, wie aus 7 ersichtlich, mittels einer Neigungseinrichtung 66 schräg stellbar, so dass die Drehachsen der Drehwellen 64 der Bauteilaufnahmen 62 schräg zur Vertikalen geneigt werden können. Hierzu ist die erste Halte- und Dreheinrichtung 50 an einem Ausleger 67 angeordnet, der mittels eines Stellmotors 68 verschwenkbar ist.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Imprägniereinrichtung 42 eine erste Träufeleinrichtung 28a und eine zweite Träufeleinrichtung 28b auf. Jede Träufeleinrichtung 28, 28a und 28b weist eine wenigstens der Anzahl von Bauteilen 10 pro Gruppe entsprechende Anzahl von Träufeldüsen 69 auf, welche gemeinsam an einem Träufeldüsenbalken 70 angeordnet sind und über eine Träufeldüsenbewegungseinrichtung 72 zu ihrem Einsatzort fahrbar sind und davon in eine Ruhestellung entfernbar sind.
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Die in 7 näher dargestellte erste Träufeleinrichtung 28a hat dabei einen Einsatzort an dem der Drehwelle 64 zugewandten Ende des jeweiligen Bauteils 10, und die zweite Träufeleinrichtung 28b, die näher in 8 dargestellt ist, hat ihren Einsatzort entsprechend am gegenüberliegenden Ende des jeweiligen Bauteils 10, wie dies auch in 5 näher dargestellt ist. Wie aus 8 ersichtlich, wird Harz über eine Harzliefereinrichtung 80 zu den Träufeldüsen 69 geliefert.
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Wie aus 9 ersichtlich, haben auch die Bauteilaufnahmen 62 der zweiten Halte-und Dreheinrichtung 52 der Transporteinrichtung 36 jeweils die drehend angetriebene Drehwelle 64.
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Die dritte Halte- und Dreheinrichtung 60 ist in den Figuren nicht näher dargestellt, sie ist aber analog zu den anderen Halte- und Dreheinrichtungen 50, 52 jeweils mit den Bauteilaufnahmen 62 mit der Drehwelle 64 versehen. Das freie Ende der Drehwellen 64 ist dabei im Inneren des ersten Ofens 54 angebracht, wobei das angetriebene Ende jeder Drehwelle 64 außerhalb des ersten Ofens 54 angeordnet ist.
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Im Folgenden wird der Aufbau der jeweiligen Bauteilaufnahmen 62 anhand der Darstellung in 10 näher erläutert.
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Dabei ist links eine Bauteilaufnahme 62 der Transporteinrichtung 36 dargestellt, und rechts ist eine Bauteilaufnahme 62 dargestellt, wie sie in den Bearbeitungseinrichtungen 32, 34 zu finden ist.
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In der Mitte ist ein Bauteil 10 dargestellt, welches mittels einer Spanneinheit 82 gehalten wird. Dabei ist zumindest für jedes Bauteil 10, welches an den Halte- und Dreheinrichtungen 50, 52, 60 aufzunehmen ist, je eine Spanneinheit 82 vorgesehen. Die Spanneinheiten 82 sind jeweils zum Verspannen eines Bauteils 10 ausgebildet und weisen ein erstes Kupplungselement 84 an einem ersten Ende 86 und ein zweites Kupplungselement 88 an dem gegenüberliegenden zweiten Ende 90 auf. Jede Spanneinheit 82 weist einen Spanndorn 82a und eine Spanneinrichtung 82b auf. Mittels der Spanneinrichtung 82b ist das Bauteil 10 auf den Spanndorn 82a aufspannbar.
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Die Transporteinrichtung 36 weist einen Transporteinrichtungsdrehantrieb 92 zum Drehen der Drehwellen 64 der Bauteilaufnahmen 62 der zweiten Halte- und Dreheinrichtung 52 auf. An den Enden dieser Drehwellen 64 der zweiten Halte- und Dreheinrichtung 52 hat die Transporteinrichtung 36 jeweils eine Transporteinrichtungs-Kupplungseinheit 94, die an das erste Kupplungselement 84 formschlüssig und/oder reibschlüssig ankuppelbar ist. Die Transporteinrichtungs-Kupplungseinheit 94 weist weiter einen Aktor 96 auf, mittels dem die Spanneinrichtung 82b der Spanneinheit 82 zwischen einer Spannstellung, in der das Bauteil 10 auf der Spanneinheit 82 festgeklemmt ist, und einer Freigabestellung, in der die Spanneinheit 82 von dem Bauteil 10 lösbar ist.
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Die Bearbeitungseinrichtungen 32, 34 weisen jeweils einen Bearbeitungseinrichtungsdrehantrieb 98 in Form eines Imprägniereinrichtung-Drehantriebs 100 zum Antreiben der Drehbewegung der Drehwellen 64 der ersten Halte- und Dreheinrichtung 50 und in Form eines Aushärteinrichtung-Drehantriebs 102 zum Antreiben der Drehwellen 64 der dritten Halte- und Dreheinrichtung 60 auf. Weiter weisen die Bearbeitungseinrichtungen 32, 34 am freien Ende ihrer Drehwellen 64 die eine Bearbeitungseinrichtungs-Kupplungseinheit 104 in Form einer Imprägniereinrichtungs-Kupplungseinheit 106 bzw. einer Aushärteinrichtungs-Kupplungseinheit 108 auf.
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Die Bearbeitungseinrichtungs-Kupplungseinheiten 104 sind zum reibschlüssigen und/oder formschlüssigen Ankuppeln an das zweite Kupplungselement 88 ausgebildet.
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Insbesondere sind die Kupplungselemente 84, 88 auf die zugeordnete Kupplungseinheit 94, 104, 106, 108 spannbar.
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In anderen, hier nicht näher dargestellten Ausführungsbeispielen können die durch die Transporteinrichtungs-Kupplungseinheit 94 und das erste Kupplungselement 84 und/oder die durch die Bearbeitungseinrichtungs-Kupplungseinheit 104 und das zweite Kupplungselement 88 gebildete Kupplung noch mit einer mechanischen Drehzahl-Synchronisiereinrichtung mit Synchronringen versehen sein, die wie die Synchronringe eines synchronisierten Kraftfahrzeuggetriebes ausgebildet sind.
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Wie weiter aus 6 ersichtlich, weist die Imprägniervorrichtung 24 noch eine Steuerung 110 auf, mittels der ihre Einrichtungen 26, 28, 32, 34, 36, 42, 44, 46, 50, 52, 60, 66, 72, 80 und Kupplungseinheiten 94, 104, 106, 108 entsprechend vorprogrammierter und als Software ausgebildeter Steuerungsprogramme ansteuerbar sind.
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Die Steuerung 110 ist derart ausgebildet, dass das folgende Ausführungsbeispiel für ein Imprägnierverfahren durchführbar ist.
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Am Anfang des Imprägnierverfahrens sind die Transport-Kupplungseinheiten 94 jeweils mit einem ersten Kupplungselement 84 jeweils einer Spanneinheit 82 derart in Eingriff, dass die Spanneinheit 82 in ihrer Freigabestellung ist. Die Spanneinheit 82 ist noch nicht mit einem Bauteil 10 versehen. So fährt die Transporteinrichtung 36 zu der Aufnahmestation 30 und nimmt eine Gruppe von zu imprägnierenden Bauteilen 10 auf. Hierzu werden die Spanneinheiten 82 mittels der Transporteinrichtung 36 in die ringförmigen Gehäuse 14 der Bauteile 10 eingeführt. Anschließend wird die Spanneinheit 82 mittels des Aktors 96 in die Spannstellung verfahren und das Bauteil 10 wird an der Spanneinheit 82 verspannt.
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Bei einer Ausführungsform werden die Bauteile 10 an der Aufnahmestation 30 gleich bereits mit einer passenden erhöhten Temperatur angeliefert. Bei einer anderen Ausführungsform werden nun die Bauteile 10 zunächst durch die Transporteinrichtung 36 zum dritten Ofen 58 transportiert, um dort auf eine für den Träufelvorgang optimale Temperatur gebracht zu werden. Währenddessen kann die Transporteinrichtung 36 andere Transportaufgaben übernehmen.
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Haben die Bauteile 10 die optimale Temperatur zum Träufeln, werden sie von der Transporteinrichtung 36 wiederum durch Ankuppeln des ersten Kupplungselements 84 aufgenommen und zu der Imprägniereinrichtung 42 transportiert.
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Die erste Halte- und Dreheinrichtung 50 kann hierbei eine Stellung haben, in der die Neigungseinrichtung 66 die Drehwellen 64 in horizontaler Richtung ausgerichtet hat.
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Bei einer Ausführungsform des Verfahrens folgt die Übergabe der zu imprägnierenden Bauteile von der Transporteinrichtung 36 an die Imprägniereinrichtung 42 noch ohne Drehung. Die Drehwellen 64 der ersten Halte- und Dreheinrichtung 50 und der zweiten Halte- und Dreheinrichtung 52 haben eine Drehzahl 0. Die Spanneinheiten 82 werden mittels der Transporteinrichtung 36 zu den Drehwellen 64 der ersten Halte- und Dreheinrichtung 50 ausgerichtet und dass zweite Kupplungselement 88 wird mit der Imprägniereinrichtung-Kupplungseinheit 106 in Eingriff gebracht. Anschließend wird die Transporteinrichtungs-Kupplungseinheit 94 von dem ersten Kupplungselement 84 gelöst, so dass die Bauteile 10 wie in 6 dargestellt an den Bauteilaufnahmen 62 der ersten Halte- und Dreheinrichtung 50 in der Imprägniereinrichtung 42 aufgenommen sind.
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Die Drehwellen 64 der ersten Halte- und Dreheinrichtung werden durch den Imprägniereinrichtung-Drehantrieb 100 auf eine Drehzahl von bis zu 50min-1 gebracht und die erste Träufeleinrichtung 28a wird in die in 6 dargestellte Träufelstellung verfahren. Harz wird über die erste Träufeleinrichtung 28a an dem einen Ende der Bauteile 10 aufgeträufelt, wobei die Neigung der ersten Halte- und Dreheinrichtung 50 so eingestellt wird, dass das Harz optimal in die Bauteile 10 fließt. Dies erfolgt unter ständiger Drehung mit der vorbestimmten Drehzahl. Anschließend wird die erste Träufeleinrichtung 28a in die Ruhestellung verfahren und die zweite Träufeleinrichtung 28b in die Träufelstellung gebracht, und es erfolgt auch ein Harzauftrag von dem anderen Ende der Bauteile unter ständiger Drehung der Bauteile 10. Auch hierzu kann die Neigung der Drehachsen der Bauteile 10 und der Neigungseinrichtung 66 entsprechend eingestellt werden.
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Ist der Harzauftrag auf diese Weise vervollständigt, verfährt die Transporteinrichtung wieder hin zu der Imprägniereinrichtung 42 wobei die Drehzahlen des Imprägniereinrichtung-Drehantriebes und des Transporteinrichtungs-Drehantriebes 92 synchronisiert werden. Bei der oben erläuterten Ausführung mit mechanischer Synchronisierung können Drehzahlunterschiede auch noch über die mechanische Synchronisiereinrichtung synchronisiert werden.
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Mit synchronisierten Drehzahlen ihrer Drehantriebe 92, 100 übernimmt die Transporteinrichtung 36 nun die Bauteile 10 von der Imprägniereinrichtung im drehenden Zustand.
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Hierzu wird zunächst die Transport-Kupplungseinheit 94 wiederum mit dem ersten Kupplungselement 84 in Eingriff gebracht und anschließend wird die Imprägniereinrichtung-Kupplungseinheit 106 von dem zweiten Kupplungselement 88 gelöst.
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Die Transporteinrichtung 36 transportiert dann die mit noch flüssigem Harz versehenen Bauteile 10 zu der Aushärteinrichtung 44. Die Übergabe der Bauteile 10 von der Imprägniereinrichtung 42 zu der Transporteinrichtung 36 sowie der Transport der Bauteile 10 kann mit zur Vertikalen geneigten Drehachse oder auch mit horizontaler Drehachse erfolgen. Auch bei Drehung der Bauteile 10 um eine horizontale Drehachse läuft das Harz aufgrund der Adhäsionskräfte sowie der Fliehkräfte nicht aus dem Bauteil 10 aus.
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Die Bauteile 10 werden zu dem ersten Ofen 54 transportiert. Der erste Ofen 54 weist in seinem Inneren die Aushärteinrichtungs-Kupplungseinheit 108 an den freien Enden der Drehwellen 64 der dritten Halte- und Dreheinrichtung 60 auf. Der Aushärteinrichtung-Drehantrieb 102 befindet sich außerhalb des ersten Ofens 54. Zur Übergabe der Bauteile 10 von der Transporteinrichtung 36 auf die Aushärteinrichtung 44 werden wiederum die Drehzahlen des Transporteinrichtungs-Drehantriebes 92 und des Aushärteinrichtungs-Drehantriebes 102 so synchronisiert, dass sich die Drehwellen 64 der zweiten Halte- und Dreheinrichtung 52 und der dritten Halte- und Dreheinrichtung 60 mit gleicher Drehgeschwindigkeit bewegen. Die Transporteinrichtung 36 richtet die Spanneinheiten 82 mit den Aushärteinrichtungs-Kupplungseinheiten 108 aus und bringt das jeweilige zweite Kupplungselement 88 in Eingriff mit der jeweiligen Aushärteinrichtung-Kupplungseinheit 108. Anschließend wird die jeweilige Transporteinrichtungs-Kupplungseinheit 94 von dem ersten Kupplungselement 84 gelöst.
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Die Bauteile 10 werden in dem ersten Ofen 54 auf eine Temperatur gebracht, in der das Harz einen gelartigen Zustand einnimmt und nicht mehr aus den Bauteilen 10 ausfließt, auch wenn die Drehung gestoppt wird.
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Die Drehung der Bauteile 10 in dem ersten Ofen 54 kann so verlangsamt und gestoppt werden. Anschließend kann die Transporteinrichtung 36 die Bauteile 10 ohne Drehung aus dem ersten Ofen 54 übernehmen und in dem zweiten Ofen 56 ablegen. Bei der Ablage können bereits die Spanneinheiten 82 aus den Bauteilen 10 entfernt werden. Hierzu wird die jeweilige Spanneinheit 82 mittels des Aktors 96 wiederum in die Freigabestellung gebracht. Mit den dann freigewordenen Spanneinheiten 82 kann die Transporteinrichtung 36 dann wiederum neue Bauteile 10 an der Aufnahmestation 30 aufnehmen.
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Nach dem fertigen Aushärten in dem zweiten Ofen 56 kann die Transporteinrichtung 36 mittels der Spanneinheiten 82 wiederum die vollständig ausgehärteten Bauteile 10 aus dem zweiten Ofen 56 entnehmen und an der Abgabestation 38 abgeben.
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Es ist offensichtlich, dass die einzelnen zuvor erläuterten Bearbeitungsschritte taktweise an mehreren Gruppen von Bauteilen 10 durchgeführt werden können, so dass sich gleichzeitig mehrere Gruppen von Bauteilen 10 in der Imprägniervorrichtung 24 befinden.
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Selbstverständlich sind verschiedene Abwandlungen möglich.
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Bei einer anderen Verfahrensweise erfolgt das vollständige Aushärten in einem Ofen unter ständiger Drehung.
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Bei noch einer anderen Variante erfolgt bereits die Übergabe der Bauteile 10 von der Transporteinrichtung 36 auf die Imprägniereinrichtung 42 unter Drehen der Bauteile 10. In diesem Fall kann der Weg hin zu der Imprägniereinrichtung 42 bereits für das Beschleunigen der Bauteile 10 auf die vorgegebene Drehzahl verwendet werden.
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Das hier dargestellte Prinzip der Übergabe rotierender Bauteile funktioniert auch mit anders ausgebildeten Harzauftragseinrichtungen 26, z. B. mit teilweise Eintauchen der Bauteile 10 in ein Harzbad.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Bauteil
- 12
- Stator
- 14
- Gehäuse
- 16
- Nut
- 18
- Isolationspapier
- 20
- Drahtabschnitte
- 22
- Spulenwicklung
- 24
- Imprägniervorrichtung
- 26
- Harzauftragseinrichtung
- 28
- Träufeleinrichtung
- 28a
- erste Träufeleinrichtung
- 28b
- zweite Träufeleinrichtung
- 30
- Aufnahmestation
- 32
- erste Bearbeitungseinrichtung
- 34
- zweite Bearbeitungseinrichtung
- 36
- Transporteinrichtung
- 38
- Abgabestation
- 40
- Fließband
- 42
- Imprägniereinrichtung
- 44
- Aushärteinrichtung
- 46
- Temperiereinrichtung
- 48
- Roboterarm
- 50
- erste Halte- und Dreheinrichtung
- 52
- zweite Halte- und Dreheinrichtung
- 54
- erster Ofen
- 56
- zweiter Ofen
- 58
- dritter Ofen
- 60
- dritte Halte- und Dreheinrichtung
- 62
- Bauteilaufnahme
- 64
- Drehwelle
- 66
- Neigungseinrichtung
- 67
- Ausleger
- 68
- Stellmotor
- 69
- Träufeldüse
- 70
- Träufeldüsenbalken
- 72
- Träufeldüsenbewegungseinrichtung
- 80
- Harzliefereinrichtung
- 82
- Spanneinheit
- 84
- erstes Kupplungselement
- 86
- erstes Ende
- 88
- zweites Kupplungselement
- 90
- zweites Ende
- 92
- Transporteinrichtungs-Drehantrieb
- 94
- Transporteinrichtungs-Kupplungseinheit
- 96
- Aktor
- 98
- Bearbeitungseinrichtungs-Drehantrieb
- 100
- Imprägniereinrichtungs-Drehantrieb
- 102
- Aushärteinrichtungs-Drehantrieb
- 104
- Bearbeitungseinrichtungs-Kupplungseinheit
- 106
- Imprägniereinrichtungs-Kupplungseinheit
- 108
- Aushärteinrichtungs-Kupplungseinheit
- 110
- Steuerung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017001939 A1 [0002, 0063]
- DE 102018103962 [0098]
- WO 2018/233774 A1 [0098]
- WO 2018/233771 A1 [0098]
