DE102019201037A1 - Positioning device for positioning copper bars - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Positioniervorrichtung zur umfänglichen und radialen Positionierung um eine Mittelachse M einer Mehrzahl an Endabschnitten von Kupferstäben.The invention relates to a positioning device for circumferential and radial positioning about a central axis M of a plurality of end sections of copper bars.
Description
Die Erfindung betrifft eine Positioniervorrichtung zur umfänglichen und radialen Positionierung um eine Mittelachse M einer Mehrzahl an Endabschnitten von Kupferstäben, wobei die Kupferstäbe im Wesentlichen U-förmig mit einem ersten Schenkelabschnitt, einem zweiten Schenkelabschnitt und einem beide Schenkelabschnitte verbindenden Querabschnitt ausgeformt sind, mit einer ersten und einer zweiten entgegengesetzt zueinander um die Mittelachse M drehbaren Verdrehscheibe, wobei in der ersten Verdrehscheibe umfänglich eine Mehrzahl an ersten Durchgängen und in der zweiten Verdrehscheibe umfänglich eine Mehrzahl an zweiten Durchgängen ausgebildet sind und die ersten mit den zweiten Durchgängen durch jeweilige Drehung der Verdrehscheiben zur Deckung bringbar sind, um die Endabschnitte der Kupferstäbe durch zur Deckung gebrachte ersten und zweiten Durchgänge hindurchzuführen.The invention relates to a positioning device for circumferential and radial positioning about a central axis M of a plurality of end sections of copper bars, the copper bars being formed essentially U-shaped with a first leg section, a second leg section and a transverse section connecting both leg sections, with a first and a second torsion disk, which can be rotated counter to one another about the central axis M, a plurality of first passages being formed circumferentially in the first torsion disk and a plurality of second passages being circumferentially formed in the second torsion disk, and the first passages can be made to coincide with the respective rotation of the torsion disks are to pass the end portions of the copper bars through aligned first and second passages.
Bei der Herstellung von elektrischen Maschinen, beispielsweise Elektromotoren oder Generatoren, geht es darum, den Montageprozess zu vereinfachen und gleichzeitig die Qualitätsparameter während des Montageprozesses zu verbessern. Hierbei ist zwischen in Wicklungs-Technologie hergestellten oder in Hair-Pin-Technologie hergestellten Statorelementen bzw. Rotorelementen zu unterscheiden. Die Hair-Pin-Technologie bietet die Möglichkeit die Leistungsdichte von Elektromotoren, die in Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen sollen, zu erhöhen. Bei der Hair-Pin-Technologie werden speziell gebogene Kupferstäbe, die wegen ihrer Form auch als Hair-Pins bezeichnet werden, in axial verlaufende und innenumfänglich oder außenumfänglich angeordnete Aufnahmenuten des Statorelements bzw. Rotorelements eingeführt.The manufacture of electrical machines, for example electric motors or generators, is about simplifying the assembly process and at the same time improving the quality parameters during the assembly process. A distinction must be made here between stator elements or rotor elements produced in winding technology or produced in hair-pin technology. Hair-pin technology offers the possibility of increasing the power density of electric motors that are to be used in motor vehicles. In the hair-pin technology, specially bent copper rods, which are also referred to as hair pins because of their shape, are introduced into receiving grooves of the stator element or rotor element that are axially extending and arranged around the inside or outside.
Im Verlauf der nachfolgenden Beschreibung wird der Begriff Kupferstab verwendet und auf den englischen Begriff Hair-Pin verzichtet. Ein Kupferstab im Sinne dieser Beschreibung ist bevorzugt U-förmig gebogen, so dass er zwei im Wesentlichen parallele Schenkelabschnitte aufweist, die von einem Querabschnitt miteinander verbunden werden. Die Länge dieses Querabschnittes bestimmt die sogenannte Spannweite des Kupferstabes, die demnach den Abstand der beiden Schenkelabschnitte zueinander angibt. Die beiden Schenkelabschnitte sind im montierten Zustand der Kupferstäbe in die Aufnahmenuten des Statorelements bzw. Rotorelements eingeführt.In the course of the following description, the term copper rod is used and the English term hair pin is omitted. A copper rod in the sense of this description is preferably bent in a U-shape, so that it has two substantially parallel leg sections which are connected to one another by a transverse section. The length of this cross section determines the so-called span of the copper rod, which accordingly indicates the distance between the two leg sections. The two leg sections are inserted into the receiving grooves of the stator element or rotor element in the assembled state of the copper rods.
Die beschriebene Biegung beziehungsweise Form des Kupferstabes bedingt, dass in einer Axialansicht betrachtet die beiden Schenkelabschnitte parallel zu der Mittelachse M in den Aufnahmenuten einsitzen, allerdings auf zwei unterschiedlichen Durchmessern bezogen auf die Mittelachse M. Diese zwei unterschiedlichen Durchmesser, auf denen Kupferstäbe in den Aufnahmenuten des Statorelements bzw. Rotorelements gesteckt sind, werden als sogenanntes „Level“ bezeichnet.The described bend or shape of the copper rod means that, viewed in an axial view, the two leg sections are seated parallel to the central axis M in the receiving grooves, but with two different diameters in relation to the central axis M. These two different diameters, on which copper rods in the receiving grooves of the Stator elements or rotor elements are plugged in, are referred to as a so-called "level".
Im eingeführten Zustand stehen somit die jeweiligen Querabschnitte der Kupferstäbe zu der einen Seite aus dem Statorelement bzw. Rotorelement heraus und die freien Endabschnitte zu der anderen Seite aus dem Statorelement bzw. Rotorelement heraus. Im Anschluss an das Einführen der Kupferstäbe in das Statorelement bzw. Rotorelement und einem hierauf folgenden Biegevorgang an den freien Endabschnitten, ist es erforderlich die freien Endabschnitte unterschiedlicher Kupferstäbe in geeigneter Weise paarweise miteinander zu verbinden, so dass sich durch die Gesamtheit der miteinander verbundenen Kupferstäbe ein oder mehrere durchgängige, wicklungsähnliche Drahtverläufe in dem Statorelement bzw. Rotorelement ergeben.In the inserted state, the respective transverse sections of the copper rods thus protrude from the stator element or rotor element on one side and the free end sections protrude from the stator element or rotor element on the other side. Following the insertion of the copper bars into the stator element or rotor element and a subsequent bending process at the free end sections, it is necessary to connect the free end sections of different copper bars in pairs in a suitable manner, so that the entirety of the interconnected copper bars or result in several continuous, winding-like wire runs in the stator element or rotor element.
Ein „Level“ entsteht nun dadurch, dass die freien Endabschnitte der Kupferstäbe auf dem äußeren Durchmesser mit den freien Endabschnitten der Kupferstäbe auf dem zweiten, inneren Durchmesser verbunden werden. In Konfigurationen, in denen ein zweiter „Level“ in den Aufnahmenuten eines Statorelements bzw. Rotorelements einsitzt, sind die Kupferstäbe folglich auf einem dritten und einem vierten Durchmesser gesteckt.A “level” is created by connecting the free end sections of the copper bars on the outer diameter with the free end sections of the copper bars on the second, inner diameter. In configurations in which a second “level” is located in the receiving grooves of a stator element or rotor element, the copper rods are consequently stuck on a third and a fourth diameter.
Das Verbinden der freien Endabschnitte der Kupferabschnitte erfolgt gemeinhin durch einen Fügeprozess, beispielsweise Löten oder Schweißen. Für das Fügen der Endabschnitte miteinander ist es erforderlich, dass die paarweise zu verbindenden Endabschnitte möglichst spaltfrei zueinander angeordnet werden. Hierfür sind Positioniervorrichtungen bekannt, wie beispielsweise eine in der
Ausgehend hiervon besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Vorrichtung bereitzustellen, durch die eine Krafteinwirkung auf die Endbereiche der Kupferstäbe ohne die Gefahr einer Beschädigung der Isolierung erfolgen kann.Proceeding from this, the object of the present invention is to provide a device by means of which a force can be exerted on the end regions of the copper rods without the risk of damaging the insulation.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Positioniervorrichtung zur umfänglichen und radialen Positionierung um eine Mittelachse M einer Mehrzahl an Endabschnitten von Kupferstäben, wobei die Kupferstäbe im Wesentlichen U-förmig mit einem ersten Schenkelabschnitt, einem zweiten Schenkelabschnitt und einem beide Schenkelabschnitte verbindenden Querabschnitt ausgeformt sind, mit einer ersten und einer zweiten entgegengesetzt zueinander um die Mittelachse M drehbaren Verdrehscheibe, wobei in der ersten Verdrehscheibe umfänglich eine Mehrzahl an ersten Durchgängen und in der zweiten Verdrehscheibe umfänglich eine Mehrzahl an zweiten Durchgängen ausgebildet sind und die ersten mit den zweiten Durchgängen durch jeweilige Drehung der Verdrehscheiben zur Deckung bringbar sind, um die Endabschnitte der Kupferstäbe durch zur Deckung gebrachte ersten und zweiten Durchgänge hindurchzuführen, wobei die Durchgänge zumindest einer der Verdrehscheiben eine sich in Umfangsrichtung verjüngende Umrisskontur aufweist. The object is achieved by a positioning device for circumferential and radial positioning about a central axis M of a plurality of end sections of copper bars, the copper bars being formed essentially U-shaped with a first leg section, a second leg section and a transverse section connecting both leg sections, with a first and a second torsion disk rotatable counter to one another about the central axis M, wherein a plurality of first passages are circumferentially formed in the first torsion disk and a plurality of second passages are circumferentially formed in the second torsion disk and the first with the second passages are rotated by respective rotation of the torsion disks Can be brought to cover the end sections of the copper rods through first and second passages brought into register, the passages of at least one of the torsion disks tapering in the circumferential direction Has outline contour.
Durch die beiden Verdrehscheiben wird eine Ausrichtung der Kupferstäbe bzw. deren Endabschnitte sowohl in radialer als auch in Umfangsrichtung, bezogen auf die Mittelachse M, durch eine Krafteinwirkung in einer Ebene erreicht, nämlich in der Ebene in der sich die Endabschnitte befinden. Die sich verjüngende Umrisskontur wird dadurch realisiert, dass die in Umfangsrichtung verlaufenden Seitenflächen der Durchgänge zueinander derart angestellt sind, dass der jeweilige Durchgang sich verjüngt. Für eine einfachste Ausgestaltung ist es denkbar, dass lediglich eine der Seitenfläche angestellt ist und die andere Seitenfläche in Wesentliche entlang einer Tangentialen des Umfangs verläuft. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass beide Seitenflächen bezüglich der jeweiligen Tangentialen angestellt sind. Hierbei ist es insbesondere bevorzugt, wenn die sich verjüngende Umrisskontur im Wesentlichen trapezförmig ausgebildet ist.Alignment of the copper rods or their end sections both in the radial and in the circumferential direction, with respect to the central axis M, is achieved by the two rotating disks by the action of force in one plane, namely in the plane in which the end sections are located. The tapering outline contour is realized in that the circumferential side surfaces of the passages are aligned with each other in such a way that the respective passage tapers. For a simplest embodiment, it is conceivable that only one of the side surfaces is set and the other side surface essentially runs along a tangent to the circumference. However, it can also be provided that both side surfaces are set with respect to the respective tangents. It is particularly preferred here if the tapering contour is essentially trapezoidal.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die beiden Verdrehscheiben über einen Halteringrahmen drehbar gehalten sind. Der Halteringrahmen kann in vorteilhafter Weise dazu dienen, eine definierte und stabile Anlage zu dem Statorelement bzw. Rotorelement herzustellen.An advantageous embodiment of the invention provides that the two rotating disks are rotatably held by a retaining ring frame. The retaining ring frame can advantageously be used to produce a defined and stable contact with the stator element or rotor element.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass beide Verdrehscheiben an dem Halteringrahmen entlang der Mittelachse M axial verschieblich gehalten sind. Hierdurch ist in vorteilhafter Weise gewährleistet, dass zunächst der Haltringrahmen auf dem Statorelement bzw. Rotorelement platziert wird und anschließend die beiden Verdrehscheiben, zeitgleich oder nacheinander, in axialer Richtung auf die Endabschnitte der Kupferstäbe gesetzt werden.An advantageous embodiment of the invention provides that both torsion disks are held axially displaceably on the retaining ring frame along the central axis M. This advantageously ensures that the retaining ring frame is first placed on the stator element or rotor element and then the two rotating disks are placed on the end sections of the copper rods in the axial direction, simultaneously or in succession.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass für die beiden Verdrehscheiben ein gemeinsamer Drehantrieb vorgesehen ist, der zumindest abwechselnd in eine Wirkverbindung mit einer der Drehscheiben überführbar ist.An advantageous embodiment of the invention provides that a common rotary drive is provided for the two rotating disks, which can be converted at least alternately into an operative connection with one of the rotating disks.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die sich in ihrer Umrisskontur verjüngenden Durchgänge auf der Verdrehscheibe auf zumindest zwei konzentrischen Kreisen um die Mittelachse M angeordnet sind.An advantageous embodiment of the invention provides that the passages tapering in their contour are arranged on the rotating disc on at least two concentric circles around the central axis M.
Die Erfindung wird nachfolgend mit weiteren Merkmalen, Einzelheiten und Vorteilen anhand der beigefügten Figuren erläutert. Die Figuren illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung. Hierin zeigen
-
1a) eine Darstellung eines einzelnen Kupferstabes; -
1b) Statorelement bzw. Rotorelement mit Kupferstäben; -
2 eine erfindungsgemäße Positioniervorrichtung; -
3 eine erfindungsgemäße Positioniervorrichtung; -
4 eine erste Darstellung der Positionierung und -
5 eine zweite Darstellung der Positionierung.
-
1a) an illustration of a single copper rod; -
1b) Stator element or rotor element with copper rods; -
2 a positioning device according to the invention; -
3 a positioning device according to the invention; -
4 a first representation of the positioning and -
5 a second representation of the positioning.
Die
Die
Die
Die
Die
Die
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Statorelement bzw. RotorelementStator element or rotor element
- 22
- Kupferstabcopper rod
- 44
- Schenkelabschnittleg portion
- 66
- Endabschnittend
- 88th
- Querabschnittcross section
- 1010
- Positioniervorrichtungpositioning
- 1212
- VerdrehscheibeVerdrehscheibe
- 1414
- VerdrehscheibeVerdrehscheibe
- 1616
- Grundplattebaseplate
- 1818
- HalteringrahmenRetaining ring frame
- 2020
- Durchgangpassage
- 2222
- Durchgangpassage
- 2424
- Zugelementtension element
- 2626
- Seitenflächeside surface
- 2828
- Umrisskonturoutline contour
- 3030
- Seitenflächenfaces
- RR
- Referenzliniereference line
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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