DE102020117586B4

DE102020117586B4 - Vorrichtung zum Prüfen von Bauteilen elektrischer Maschinen, insbesondere Statoren und Rotoren

Info

Publication number: DE102020117586B4
Application number: DE102020117586.8A
Authority: DE
Inventors: Michael Betz
Original assignee: DEUTRONIC ELEKTRONIK GmbH
Current assignee: DEUTRONIC ELEKTRONIK GmbH
Priority date: 2020-07-03
Filing date: 2020-07-03
Publication date: 2022-03-24
Anticipated expiration: 2040-07-04
Also published as: WO2022002455A1; DE102020117586A1

Abstract

Vorrichtung zum Prüfen von Bauteilen (32) elektrischer Maschinen, wobei das Prüfen ein Erfassen und Zuführen von Bauteilen zu einem Transportsystem, ein Kontaktieren des Bauteils (32), ein Absenken des Bauteils und Zuführen mittels des Transportsystems in eine Test- und Prüfstation (24), ein Prüfen und Messen der zu erfassenden Parameter, eine Entnahme des geprüften Bauteils (32), ein Lösen der Kontaktierungen (38) und eine Ausgabe des geprüften Bauteils umfasst, wobei die Vorrichtung durch eine Transporteinrichtung (28) mit einem Werkstückträger (30) für die zu prüfenden Bauteile (32) und deren schrittweisen Durchlauf durch eine Prüfeinrichtung mit wenigstens einer Prüfkammer (24), wobei der Werkstückträger (30) als quadratischer Tisch ausgebildet ist und um seine Mittelachse (z) drehbar ist, gekennzeichnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum vollautomatischen Prüfen von Bauteilen elektrischer Maschinen, insbesondere Statoren und/oder Rotoren für Elektromotoren.
Bei der Fertigung von Motoren für Elektrofahrzeuge sind zwei Bauteile mit ihren Komponenten von entscheidender Bedeutung, nämlich einmal der Rotor als drehendes Teil für den Elektromotor und zweitens der Stator als feststehendes Teil. Während der Rotor, sofern es sich nicht um einen Permanentmagnet-Rotor handelt, in der Regel gewickelt wird, gibt es beim Stator mehrere Alternativen, nämlich die klassische Wicklung, das Hair-Pin oder das I-Pin.
Bei den meisten Statoren handelt es sich um dreiphasige oder sechsphasige Modelle. Alle diese Komponenten müssen nach ihrer Fertigung strengsten Prüfungen unterzogen werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bereitzustellen, mit denen die Tests und Prüfungen von Bauteilen elektrischer Maschinen vollautomatisch und zuverlässig in kürzestmöglicher Zeit durchgeführt werden können.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen sind Gegenstand der sich daran anschließenden Ansprüche.
Ein mit der Vorrichtung nach Anspruch 1 ausgeführtes Verfahren weist beispielsweise die folgenden Schritte auf:

a. Erfassen und Zuführen der Bauteile zu einem Transportsystem
b. Kontaktieren des Bauteils
c. Absenken des Bauteils und Zuführen mittels des Transportsystems in eine Test- und Prüfstation
d. Prüfen und Messen der zu erfassenden Parameter wie
- - Gewicht
- - Temperatur
- - Widerstand der Wicklungen
- - Induktivität und Kapazität
- - Isolation
- - Teilentladung
- - Stoßspannung
e. Entnahme des geprüften Bauteils
f. Lösen der Kontaktierungen
g. Ausgabe des geprüften Bauteils.

Zur Durchführung dieser Schritte hat die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 eine Transporteinrichtung mit Werkstückträgern für die zu prüfenden Bauteile und deren schrittweisen Durchlauf durch eine Prüfeinrichtung mit mehreren Prüf- und Messstationen, wobei die Werkstückträger (30) als quadratische Tische ausgebildet sind und um ihre Mittelachse (z) drehbar sind.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind alle Prüf- und Messstationen in einer Prüfkammer angeordnet, die vorzugsweise durch eine Schutz- und Sicherheitseinrichtung nach außen abschließbar ist.
Wenn mehrere Prüf- und Messstationen parallel nebeneinander vorgesehen sind, können mehrere Prüfungen gleichzeitig durchgeführt werden.
Da die Umgebungen, in denen die Prüfsysteme eingesetzt werden, häufig sehr unterschiedlich sind, kommen für die Transporteinrichtungen mehrere Bauarten in Frage:

- Prüfsystem mit Bandzufuhr,
- Prüfsystem mit Roboterbeladung,
- Prüfsystem als Rundtakttisch, in dem die Prüfungen überwiegend gleichzeitig durchgeführt werden,
- Prüfsystem als Bandsystem mit mehreren Prüfköpfen, bei dem ebenfalls mehrere Prüfungen gleichzeitig durchgeführt werden können.

Bei allen diesen Varianten ist eine Kontaktierung vorgesehen, etwa nach der Patentanmeldung DE 10 2017 119 029.5 der Fa. Deutronic. Dadurch ist es möglich, alle Prüflinge absolut reproduzierbar bei kurzer Taktzeit vollautomatisch zu testen.
Aufgrund der hohen Messanforderungen benötigt der mechanische Aufbau eine besondere Konstruktion. Der Gehäuseaufbau besteht je nach Anforderung aus fertigen, standardisierten Schaltschränken oder aus Aluminiumprofilsystemen. Dies ermöglicht einen anwendungsindividuellen Systemaufbau. Alle notwendigen Bauteile wie Relais, Klemmen, Schütze sowie SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) etc. werden in den jeweiligen Aufbauten servicefreundlich und übersichtlich verbaut. Eine Anbindung an alle üblichen Transportsysteme, welche zumeist Beistellungen sind, können unabhängig von waagrecht oder senkrecht liegenden Prüflingen (z.B. Kettenband, Werkstückträger-Transferband etc.) in das Prüfsystem integriert werden.
Alle Systeme sind umfassend mit Sicherheitseinrichtungen der höchsten Kategorie ausgestattet. Feststehende und beweglich getrennte Schutzeinrichtungen mit Transportabsicherung oder Verriegelung verhindern den Zugang zu den Prüfkammern. Ein Schutz zu spannungsführenden Bauteilen und Leitungen während des Betriebs sowie Verletzungen durch schneidende oder quetschende Kräfte können damit verhindert werden.
Die Steuerung von Zylindern und Achsen erfolgt mit einer SPS, welche einer PC-Einheit des Systems untergeordnet ist. Alle Positionen und Schaltzustände verbauter Komponenten werden der übergeordneten firmeninternen Software DTS (Deutronic Software) zur Weiterverarbeitung übermittelt.
Wesentlich bei den Prüfsystemen ist der vollautomatische Prüfablauf, welcher die mechanische und elektrische Kontaktierung beinhaltet. Bei den Bewegungsabläufen werden höchste Anforderungen an Vielseitigkeit, Präzision und Geschwindigkeit erfüllt. Das Handling lässt sich über die Anwendungssoftware frei programmieren.
Der Prüfling wird wie beschrieben über ein Transportsystem zugeführt. Über das programmierte Handling wird der Prüfling auf einem Werkstückträger zentriert, mittels Aushebeeinheit in entsprechende Prüfpositionen der Kontaktierung zugeführt bzw. gedreht. Nach vollautomatischer Prüfung wird der Prüfling wieder positionsgenau auf den Werkstückträger abgestellt.
Für den Prüfablauf kann zwischen drei Prüfmodi gewählt werden:

1. Bediener-Modus:
- Hierfür muss eine Person mit entsprechender Berechtigung einen gewünschten Prüfablauf aus einer angezeigten Liste auswählen. Danach wechselt er in den Ablauf-Modus, in dem der Prüfablauf mit einer Taste gestartet werden kann. Nach dem Prüfablauf kann der Bediener entscheiden, wie mit dem Prüfling weiter verfahren wird.
2. Remote-Modus:
- Von einem übergeordneten System wird dem Testsystem mitgeteilt, welcher Prüfplan zu wählen ist. Danach wird die Prüfung automatisch gestartet. Nach der Prüfung wird mit dem Prüfling automatisch wie vorher festgelegt verfahren.
3. Einricht-Betrieb:
- Für diesen Betrieb wird ein Bediener mit entsprechender Berechtigung benötigt. Im Gegensatz zum Bedienermodus kann in den Prüfablauf mit verschiedensten Funktionen eingegriffen werden.

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. In dieser zeigen:

1 die perspektivische, teilweise geöffnete Ansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung,
2 die Vorderansicht der Vorrichtung,
3 die Draufsicht auf die Vorrichtung,
4 die schematische Ansicht einer Prüfkammer für einen Stator,
5 die Draufsicht auf die Prüfkammer der 4 und
6 die schematische Darstellung einer Prüfstation für einen Rotor.

Die insgesamt mit 10 bezeichnete Vorrichtung gemäß der Erfindung hat ein Grundgestell 12, von dem in 1 das skelettartige Gerüst 14 zu erkennen ist, an dessen Rückseite 16 (vgl. 3) mehrere kastenförmige Schaltschränke 18 nebeneinander angebracht sind. Die Schaltschränke 18 können an ihrer Rückseite durch Flügeltüren 20 geöffnet und geschlossen werden. Sie dienen zur Aufnahme nicht weiter dargestellter, elektrischer Schaltsysteme für die Steuerung der Prüfungsabläufe. Ebenso hat auch das Grundgestell 12 an seiner Frontseite Türen 22 für den Zugang in die jeweilige Prüfkammer 24.
An beiden Seiten des Grundgestells 12 ist jeweils ein Bedienpaneel 26 schwenkbar angebracht, unter dem ein durchlaufendes Förderband 28 zu der Prüfkammer 24 führt. Das Förderband 28 dient zum Transport eines Werkstückträgers in Form eines quadratischen Tisches 30, auf dem das zu testende Bauteil 32 - hier ein zylindrischer Stator für einen Elektromotor - steht. Unterhalb des Tisches 30 befindet sich eine Aushebeeinheit 34 mit einem Hubstempel 36, der den Tisch 30 mit dem Bauteil 32 in die jeweilige Testposition anhebt und dabei um die Hochachse z verdreht.
An der Außenseite des zylindrischen Bauteils 32 befindet sich eine mit den Statorelementen (Wicklungen, Hair-Pins oder I-Pins) elektrisch verbundene, leistenförmige Kontaktiereinheit 38, die in einem vorbestimmten Umfangswinkel zu dem Bauteil 32 angeordnet ist. Sie trägt eine Reihe übereinanderliegender, bei dreiphasigen Statormodellen insgesamt drei Testkontakte 40, an die diesen entsprechende, übereinanderliegende, von einer vertikalen Leiste 50 abstehende Prüfkontakte 42 in der Testposition innerhalb der Prüfkammer 24 angelegt werden müssen. Hierzu wird der Tisch 30 zusammen mit dem Bauteil 32 mittels des Hubstempels 36 zunächst angehoben und so um seine vertikale Längsachse z gedreht, dass die Kontaktiereinheit 38 mit ihren Testkontakten 40 in eine zu den Prüfkontakten 42 ausgerichtete Stellung kommt. Dies geschieht durch eine entsprechende Teildrehung des Tisches 30 mittels des Hubstempels 36. Dieser hebt dabei den Tisch 30 mit dem Bauteil 32 an, so dass es zwischen zwei Backen 44 eines zweiarmigen Greifers 46 gelangt, der an einer Schiene 48 parallel zu dem Förderband 28 verfahrbar ist. Zusätzlich ist der Greifer 46 auch in y-Richtung rechtwinklig zu der Schiene 48 und damit zur Förderrichtung x verfahrbar (s. 5), so dass er das Bauteil 32 positionsgenau in eine Stellung gegenüber den Prüfkontakten 42 in der Prüfkammer 24 verfährt. Die Prüfkontakte 42 können sodann mittels der Leiste 50, von der sie abstehen, ausgefahren werden, um durch den Kontakt mit den Testkontakten 40 den Prüfvorgang durchzuführen.
Danach wird in umgekehrter Reihenfolge der genannten Schritte das Bauteil 32 wieder in seine Anfangsstellung gebracht und mittels des Förderbandes 28 auf einem anschließenden Förderer zur Durchführung weiterer Maßnahmen aus der Vorrichtung 10 herausgefahren. Wie in 6 skizziert, ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Vorrichtung 10 so konzipiert, dass in einer Station 10' anstelle der Statoren 32 auch Rotoren 32' getestet werden können. Diese werden in der Station 10' in liegender Position in einen rohrförmigen Werkstückträger 30' eingesetzt, aus dem sie mittels eines mit Backen 44 bestückten Greifers 46 in horizontaler Richtung y so herausgezogen werden, dass die Rotorwelle 54 in den Bereich zwischen zwei Prüfleisten 50' kommt, die mit Prüfkontakten 42 bestückt sind. Sodann werden die Prüfleisten 50' in Pfeilrichtung gegen die Rotorwelle 54 verfahren, so dass die Prüfkontakte 42 zur Anlage an den Testkontakten 40' kommen, die als Schleifringe auf die Rotorwelle 54 aufgesetzt sind.
Die Vorrichtung eignen sich vor allem zum Testen von Statoren und Rotoren, bei denen statt herkömmlicher Wicklungen Hair-Pins oder I-Pins verwendet werden. Bei diesen ist gegenüber einer sinusförmigen Betriebsspannung die Spannung wesentlich größer und hat eine hohe Flankensteilheit, wodurch die Wicklungen sehr gestresst und Mikroschäden an den Drähten verursacht werden, was die Isolationsfähigkeit stark beeinträchtigt.

Claims

Vorrichtung zum Prüfen von Bauteilen (32) elektrischer Maschinen, wobei das Prüfen ein Erfassen und Zuführen von Bauteilen zu einem Transportsystem, ein Kontaktieren des Bauteils (32), ein Absenken des Bauteils und Zuführen mittels des Transportsystems in eine Test- und Prüfstation (24), ein Prüfen und Messen der zu erfassenden Parameter, eine Entnahme des geprüften Bauteils (32), ein Lösen der Kontaktierungen (38) und eine Ausgabe des geprüften Bauteils umfasst, wobei die Vorrichtung durch eine Transporteinrichtung (28) mit einem Werkstückträger (30) für die zu prüfenden Bauteile (32) und deren schrittweisen Durchlauf durch eine Prüfeinrichtung mit wenigstens einer Prüfkammer (24), wobei der Werkstückträger (30) als quadratischer Tisch ausgebildet ist und um seine Mittelachse (z) drehbar ist, gekennzeichnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Prüfen von Statoren (32) Prüfkontakte (42) vorgesehen sind, die von einer Leiste (50) abstehen, mit der sie mit Testkontakten (40) einer Kontaktiereinheit (38) koppelbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass unter dem drehbaren Werkstückträger (30) eine Aushebeeinheit (34) mit einem Hubstempel (36) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu der Transporteinrichtung mit Förderband (28) ein in zwei Richtungen (x, y) verschiebbarer Greifer (46) horizontal verstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückträger (30') zur Aufnahme eines zylindrischen Rotors (32') rohrförmig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Prüfen von Rotoren (32') in liegender Position auf die Rotorwelle (54) aufgesetzte Schleifringe (52) vorgesehen sind, denen in der Prüfkammer (24) am Umfang der Schleifringe (52) ansetzbare Prüfkontakte (42) zugeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede Prüfkammer (24) durch eine Schutz- und Sicherheitseinrichtung (22) nach außen abschließbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Prüf- und Messstationen parallel nebeneinander vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung aus einem Förderband (28) mit einem Rundtakttisch (30) besteht.