DE102021131130A1

DE102021131130A1 - Klemmvorrichtung und -verfahren

Info

Publication number: DE102021131130A1
Application number: DE102021131130.6A
Authority: DE
Inventors: Ralph Merbeth
Original assignee: Roescher Automatisierungstechnik und Konst GmbH; Roescher Automatisierungstechnik und Konstruktion GmbH
Current assignee: Roescher Automatisierungstechnik und Konst GmbH; Roescher Automatisierungstechnik und Konstruktion GmbH
Priority date: 2021-11-26
Filing date: 2021-11-26
Publication date: 2023-06-01

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Klemmvorrichtung, insbesondere zur Verwendung mit einer Drahtendenumformeinrichtung zum Umformen von aus einem Stator (10) einer elektrischen Maschine aus einer Vielzahl von Nuten (12) vorstehenden Drahtenden (16). Weiterhin betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Klemmen von aus einem Stator (10) einer elektrischen Maschine aus einer Vielzahl von Nuten (12) vorstehenden Drahtenden (16).Eine erfindungsgemäße Klemmvorrichtung umfasst einen Ausrichtschieber (20); ein kreisringabschnittsförmiges Führungselement (40) mit einem Öffnungswinkel α0, aufweisend eine keilförmig in radialer Richtung des Kreisringabschnitts zulaufende Durchgangsöffnung (42) zur Aufnahme des Ausrichtschiebers (20), wobei der Ausrichtschieber (20) durch die Durchgangsöffnung (42) hindurchragend in radialer Richtung verschiebbar positioniert werden kann; und einen keilförmigen Spannschieber (30), wobei der Spannschieber (30) durch Einkeilen des Ausrichtschiebers (20) gegen eine Innenseite der Durchgangsöffnung (42) eine Feststellung des Ausrichtschiebers (20) an einer bestimmten Position erreicht werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Klemmvorrichtung, insbesondere zur Verwendung mit einer Drahtendenumformeinrichtung zum Umformen von aus einem Stator einer elektrischen Maschine aus einer Vielzahl von Nuten vorstehenden Drahtenden. Weiterhin betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Klemmen von aus einem Stator einer elektrischen Maschine aus einer Vielzahl von Nuten vorstehenden Drahtenden.
Elektrisch angetriebene Maschinen verdrängen Verbrennungsmaschinen auch in deren klassischen Anwendungsfeldern in zunehmendem Maße. Hierfür werden vor allem günstig herzustellende und zuverlässig arbeitende Elektromotoren benötigt. Diese bestehen im Allgemeinen aus einem feststehenden Stator und einem beweglich angeordneten Rotor. Dabei ist der Stator zumeist um den Rotor herum angeordnet und mit einem Gehäuse verbunden. Der Rotor wird über eine magnetische Wechselwirkung mit einem Statormagnetfeld angetrieben. Hierzu wird üblicherweise ein elektromagnetisches Wechselfeld durch Anlegen von Drehstrom an mehrere Spulenwicklungen im Stator erzeugt.
Da das Herstellen entsprechender Statorwicklungen ein besonders aufwendiger und kostenintensiver Prozess bei der Motorenherstellung bzw. allgemein bei der Herstellung einer elektrischen Maschine ist, wurden unterschiedliche Verfahren zu dessen Vereinfachung entwickelt. Insbesondere zur Herstellung von Elektromotoren für die Automobilindustrie hat sich dabei mittlerweile die sogenannte Hairpin-Technologie (auch als Stecktechnik bezeichnet) etabliert. Hierdurch ist auch eine Erhöhung des Wirkungsgrads des Elektromotors möglich. Bei der Hairpin-Technologie werden die Statorspulen nicht mehr durch das Einbringen und Wickeln von Drähten innerhalb des Stators erzeugt, sondern es werden speziell geformte Drahtstücke („Haarnadeln“) oder einzelne Drähte an einer zylinderförmig ausgebildeten Innenseite des Stators entlang seiner Erstreckungsrichtung beabstandet und elektrisch isoliert voneinander in mehreren Lagen übereinander angeordnet. Die einzelnen Drahtelemente haben dabei zumeist einen rechteckigen Querschnitt, da dieser eine optimale Packungsdichte ermöglicht. Die jeweiligen Drahtenden stehen aus dem Stator hervor, so dass durch anschließendes gezieltes Verbinden der einzelnen Drahtenden untereinander mehrere Spulenstromkreise ausgebildet werden können. Das Herstellen der Statorwicklungen kann somit rein schaltungstechnisch außerhalb des Stators erfolgen.
Ein wichtiger Prozessschritt in der Herstellung solcher Statoren ist das Schränken (auch als Twisten bezeichnet) und Kontaktieren der einzelnen Drähte. In einer Schränkanlage (Drahtendenumformeinrichtung) werden die Drähte eines Stators in einem Lamellenpaket gegenseitig verbogen („geschränkt“). Die Drähte müssen hierfür präzise in das Schränkwerkzeug eingeführt werden. Dazu ist es notwendig, die Drähte gegeneinander auszurichten und zu fixieren, während sie in das Schränkwerkzeug eintauchen. Die Drähte müssen dabei sowohl in radialer als auch in tangentialer Richtung präzise positioniert werden, da ansonsten die Gefahr besteht, dass die Drähte nicht in die Taschen der Schränkwerkzeuge treffen und beschädigt werden oder neben die Taschen der Schränkwerkzeuge gelangen, was zu einem Ausschuss in der Produktion führen kann. Die sich daran typischerweise anschließenden Prozessschritte, wie ein eventuelles Ablängen oder Kontaktieren mittels Laserschweißen, erfordern ebenfalls eine genaue und stabile Halterung der einzelnen Drahtenden. Es wird somit eine Klemmvorrichtung als Werkzeug benötigt, welche in der Lage ist, die einzelnen Drähte eines Lamellenpaketes zu fassen und präzise positioniert gegeneinander zu fixieren.
Aus FR 2 845 536 A1 sind Drehstifte mit ein- oder zweiseitigen Kammflächen bekannt. Das Prinzip funktioniert wie bei einem Schlüssel, wobei die Kammflächen den jeweiligen Schlüsselbart darstellen. Der Drehstift fährt zunächst zwischen die Drahtlagen der einzelnen Nuten und wird anschließend derart gedreht, dass die Kammfläche zwischen die einzelnen Drähte einer Lage eingreifen und diese fixieren können. Die Drähte können dann zu den Nuten einer Schränkscheibe ausgerichtet und positioniert werden. Dieses Verfahren lässt sich jedoch nur schwer automatisieren, da pro Stift ein Antrieb zur Verdrehung benötigt wird und zudem auch eine axiale Zustellung der Stifte erfolgen muss.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Probleme des Standes der Technik zu überwinden oder zumindest zu verringern und ein Werkzeug zur Verfügung zu stellen, welches in der Lage ist, die aus einem Stator einer elektrischen Maschine aus einer Vielzahl von Nuten vorstehenden Drahtenden ohne eine Rotationsbewegung von Drehstiften einzeln oder in Gruppen zu fassen und präzise positioniert gegeneinander fixieren zu können. Insbesondere soll eine erfindungsgemäße Klemmvorrichtung mechanisch einfach zu realisieren sein und nur eine geringe Anzahl an Antrieben erforderlich machen.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gemäß den unabhängigen Patentansprüchen 1 und 9 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der rückbezogenen Unteransprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Klemmvorrichtung, welche insbesondere geeignet ist zur Verwendung mit einer Drahtendenumformeinrichtung zum Umformen von aus einem Stator einer elektrischen Maschine aus einer Vielzahl von Nuten vorstehenden Drahtenden, wobei die Nuten an einer zylinderförmig ausgebildeten Innenseite des Stators entlang seiner Erstreckungsrichtung beabstandet voneinander angeordnet sind, wobei sich die vorstehenden Drahtenden mehrlagig zwischen einem ersten Radius n und einem kleineren zweiten Radius r₂ erstrecken. Die Klemmvorrichtung weist mindestens ein Klemmvorrichtungselement auf. Das Klemmvorrichtungselement umfasst einen Ausrichtschieber mit einem proximalen und einem distalen Ende, wobei am distalen Ende seitlich Vorsprünge angeordnet sind, welche derart ausgebildet sind (insbesondere in Abstand, Größe und Form), dass diese in radialer Richtung zwischen die mehrlagigen Drahtenden eingreifen und diese fixieren können; ein kreisringabschnittsförmiges Führungselement mit einem Öffnungswinkel α₀, aufweisend eine keilförmig in radialer Richtung des Kreisringabschnitts zulaufende Durchgangsöffnung zur Aufnahme des Ausrichtschiebers, wobei der Ausrichtschieber durch die Durchgangsöffnung hindurchragend in radialer Richtung verschiebbar positioniert werden kann; und einen keilförmigen Spannschieber, wobei der Spannschieber zusammen mit dem Ausrichtschieber durch die Durchgangsöffnung des Führungselements hindurchragend in der Durchgangsöffnung in radialer Richtung verschiebbar positioniert werden kann und durch Einkeilen des Ausrichtschiebers gegen eine Innenseite der Durchgangsöffnung eine Feststellung des Ausrichtschiebers an einer bestimmten Position erreicht werden kann. Eine Fixierung der Drahtenden kann durch die Feststellung des Ausrichtschiebers beim Einkeilen erfolgen.
Die erfindungsgemäße Klemmvorrichtung ist dabei unabhängig von einer elektrischen Maschine bzw. dessen Stator, wird jedoch aufgrund einer notwendigen funktionalen Anpassung daran zweckmäßigerweise hinsichtlich einer solchen externen vorgegebenen Referenz in allgemeiner Form definiert. Die Klemmvorrichtung braucht lediglich zur Verwendung mit einer Drahtendenumformeinrichtung geeignet sein, eine solche ist ebenfalls nicht von der Klemmvorrichtung mit umfasst.
Es wird somit ein Werkzeug beschrieben, bei dem ein Ausrichtschieber und ein Spannschieber gemeinsam in einer Durchgangsöffnung eines Führungselements angeordnet werden können, so dass durch Einkeilen des Ausrichtschiebers gegen eine Innenseite der Durchgangsöffnung eine Feststellung des Ausrichtschiebers an einer bestimmten Position erreicht werden kann. Der Spannschieber kann dabei zur Feststellung entweder direkt an den Ausrichtschieber angrenzen oder die Feststellung erfolgt indirekt über ein oder mehrere zusätzliche Feststellelemente, welche beispielsweise innerhalb des Führungselements angeordnet sein können und eine Vermittlung bzw. Übertragung der Klemmwirkung bewirken. Der Ausrichtschieber weist zum Fixieren von Drahtenden seitliche Vorsprünge auf, die insbesondere bei einer Verwendung des Werkzeugs in einer Drahtendenumformeinrichtung zum Fixieren (Feststellen) von aus einem Stator einer elektrischen Maschine aus einer Vielzahl von Nuten vorstehenden Drahtenden vorgesehen sind. Mit anderen Worten, in dem Führungselement wird der Ausrichtschieber nach einer vorhergehenden Positionierung durch das Spannelement mechanisch durch ein direktes oder indirektes Einkeilen des Ausrichtschiebers im Führungselements fixiert.
Eine Fixierung der einzelnen Drahtenden erfolgt erfindungsgemäß über seitliche Vorsprünge an dem Ausrichtschieber, welche derart ausgebildet sind (insbesondere in Abstand, Größe und Form), dass diese in radialer Richtung zwischen die von aus einem Stator einer elektrischen Maschine aus einer Vielzahl von Nuten vorstehenden mehrlagigen Drahtenden eingreifen und diese fixieren können. Insbesondere können die Drahtenden somit oberhalb der Nuten in einem bestimmten Abstand zueinander gehalten bzw. dort festgestellt werden. Dabei können die Vorsprünge einen seitlichen Druck auf die Drahtenden ausüben, so dass darüber ein Feststellen der einzelnen Drahtenden gegenüber einem zu den Drahtenden weisenden Randbereich der Nut, einem benachbarten Drahtende (z. B. innerhalb von mehrschichtig angeordneten Drahtenden einer Nut) oder einem benachbart angeordneten Spannschieber bewirkt wird. Eine wesentliche Aufgabe der erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung ist dabei, die Drahtenden sowohl relativ zueinander als auch in Bezug auf den Stator auszurichten. Die ausgerichteten Drahtenden sollen anschließend in dieser Lage für eine weitere Bearbeitung fixiert gehalten werden können. Die weitere Bearbeitung kann dabei insbesondere das Einführen der Drahtenden in ein Schränkwerkzeug oder eine Kontaktierung der Drahtenden mittels Laserschweißen umfassen.
Vorzugsweise sind bei der Verwendung des Werkzeugs sowohl das Führungselement als auch der Stator (bzw. darüber die darin in einer Nut angeordneten Drahtenden) in einer stabilen Lage zueinander angeordnet, d. h. das Führungselement und der Stator sind ortsfest zueinander oder gegenüber der gemeinsamen Umgebung gelagert. Die Klemmeinrichtung kann jedoch auch „frei“ an den Drahtenden eines Stators angeordnet und fixiert werden, wobei durch die Feststellung des Ausrichtschiebers an einer bestimmten Position über das zugehörige Führungselement gleichzeitig auch eine Fixierung des gesamten Klemmelements am Stator bzw. an dessen Drahtenden erreicht werden kann.
Die erfindungsgemäße Klemmvorrichtung kann außer zum Umformen auch ganz allgemein für sämtliche Aufgaben genutzt werden, bei denen die einzelnen Drähte einer Statornut bzw. eines Lamellenpaketes gefasst und präzise positioniert gegeneinander fixiert werden müssen. Diese Aufgaben umfassen insbesondere auch ein eventuelles Ablängen oder Kontaktieren der Drahtenden (z. B. mittels Schweißen oder Löten).
Vorzugsweise kontaktiert ein distales Ende des Spannschiebers beim Einkeilen mit einer ersten Seitenfläche des Spannschiebers den Ausrichtschieber an einer von den Vorsprüngen abweisenden Seitenfläche. Bevorzugt ist, dass eine der ersten Seitenfläche gegenüberliegende zweite Seitenfläche des Spannschiebers dazu eingerichtet ist, gegenüber den mit den Vorsprüngen des Ausrichtschiebers fixierten Drahtenden eine direkte Auflagefläche für die Drahtenden einer unmittelbar benachbarten Nut bereitstellen zu können. Die zweite Seitenfläche des Spannschiebers kann somit als rückwärtige Auflage zur Fixierung der Drahtenden einer benachbarten Nut genutzt werden. Mit anderen Worten, bei einem Klemmelement mit zwei unmittelbar benachbart angeordneten Klemmvorrichtungselementen können die Drahtenden einer Nut mittig zwischen der zweiten Seitenfläche des Spannschiebers des ersten Klemmvorrichtungselements und der die Vorsprünge umfassenden Seitenfläche des Ausrichtschiebers des zweiten Klemmvorrichtungselements fixiert bzw. eingeklemmt werden. Eine Fixierung der einzelnen Drahtenden erfolgt hierbei bevorzugt durch Klemmen, wobei darunter verstanden wird, dass durch einen vom Spannschieber bzw. vom Ausrichtschieber ausgeübten Druck ein darüber erfolgendes Festhalten der Drahtenden bewirkt wird. Der hierzu notwendige Druck kann durch das Einkeilen des Ausrichtschiebers mit dem Spannschieber erzeugt werden.
Vorzugsweise sind das distale Ende des Ausrichtschiebers und das distale Ende des Spannschiebers zum Einkeilen auf einen gemeinsamen Bezugspunkt (z. B. Mitte des Stators) hin ausgerichtet. Das distale Ende des Spannschiebers kann beim Einkeilen an das distale Ende des Ausrichtschiebers angrenzen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn wie obenstehend beschrieben die zweite Seitenfläche des Spannschiebers zugleich als rückwärtige Auflage zur Fixierung der Drahtenden einer benachbarten Nut genutzt wird. Das distale Ende des Ausrichtschiebers kann jedoch auch an beliebigen Positionen innerhalb der Durchgangsöffnung des Führungselements angeordnet und eingekeilt werden. Die Lage des distalen Endes des Spannschiebers hängt dann insbesondere von den zum Einkeilen erforderlichen Abständen ab. Die Möglichkeit zu einem beliebigen Positionieren des Ausrichtstifts innerhalb des Führungselements ist insbesondere für eine gezielte Fixierung nur einzelner Drahtenden einer Nut relevant. Es ist hierfür jedoch nicht notwendig, dass die distalen Enden von Spann- und Ausrichtschieber nebeneinander liegend angeordnet werden müssen, um die gewünschte Auflagefläche an die Drähte zu erzielen. Beispielsweise kann der Spannschieber radial auch stets an dieselbe Position geschoben werden, unabhängig von der Positionierung des jeweiligen Ausrichtschiebers.
Vorzugsweise sind die Vorsprünge des Ausrichtschiebers dazu ausgebildet, sämtliche (d. h. alle) oder nur einzelne der mehrlagigen Drahtenden einer Nut fixieren zu können. Bei Fixierung aller Drahtenden können diese parallel bearbeitet (z. B. umgebogen, abgelängt, geschweißt oder gelötet) werden. Das Fixieren nur eines einzelnen Drahtendes oder einzelner der mehrlagig angeordneten Drahtenden erlaubt eine individuelle Bearbeitung an ausgewählten Positionen innerhalb der Nut.
Vorzugsweise weist für eine gegenseitige Positionierung der Ausrichtschieber eine Führung für den Spannschieber und/oder der Spannschieber eine Führung für den Ausrichtschieber auf. Bei einer Führung kann es sich insbesondere um eine geführte Gleitlagerung auf einer oder beiden der sich beim erfindungsgemäßen Einkeilen einander gegenüberliegenden Seitenflächen von Ausrichtschieber und Spannschieber handeln. Eine Führung zur Gleitlagerung kann dabei insbesondere durch eine länglich ausgebildete Vertiefung entlang einer der besagten Seitenflächen und eine zur Vertiefung passend ausgebildete Form der gegenüberliegenden Seitenfläche ausgebildet sein (z. B. U-Profil der ersten Seitenfläche als Führung für die zweite Seitenfläche). Bei einer doppelten Führung (d. h. sowohl der Ausrichtschieber als auch der Spannschieber weisen eine Führung auf) kann es sich beispielsweise um zwei gegenüberliegend ineinandergreifende U-Profile handeln („äußeres“ U-Profil auf der ersten Seitenfläche und „inneres“ U-Profil der zweiten Seitenfläche, wobei sich die Öffnungen der U-Profile gegenüberliegen). Über eine Führung kann erreicht werden, dass Ausrichtschieber und Spannschieber sich im Wesentlichen nur entlang einer Richtung (d. h. entlang der Führung) gegeneinander bewegen bzw. verschieben (positionieren) lassen und somit eine eventuelle gegenseitige Verdrehung bzw. Verkippung der beiden Komponenten bei der Positionierung vermieden werden kann. Als Führung kann allgemein jede die freie Bewegbarkeit eines Elements gegenüber einem zweiten Element einschränkende Struktur oder Vorrichtung angesehen werden.
Vorzugsweise erfolgt eine Abstützung des Ausrichtschiebers und/oder des Spannschiebers am Führungselement über mindestens ein Federelement. Die Wirkung des Federelemente kann mit Bezug auf einen Stator insbesondere in radialer Richtung (Abstützung in radialer Richtung) und/oder tangentialer Richtung (Abstützung in radialer Richtung) ausgerichtet sein. Durch eine Abstützung über ein oder mehrere Federelement(e) kann die Positionierung der Vorsprünge in Bezug auf die Drahtenden verbessert werden. Bevorzugt können der Ausrichtschieber und/oder der Spannschieber innerhalb des Führungselements über ein Federelement gegenüber diesem abgestützt sein. Allgemein kann der Ausrichtschieber und/oder der Spannschieber beweglich mit dem Führungselement als gemeinsame Einheit verbunden sein oder diese können als Einzelkomponente(n) einzeln in die Durchgangsöffnung des Führungselements eingebracht werden. Bevorzugt kann das Führungselement zur Abstützung des Ausrichtschiebers und/oder des Spannschiebers unmittelbar in das Führungselement mindestens ein integriertes Federelement aufweisen. Bei einem Federelement kann es sich beispielsweise um Spiralfeder oder um eine beliebige anderer Art der Realisierung einer federnden Abstützung handeln.
Durch ein Federelement (insbesondere durch ein in tangentialer Richtung abstützendes Federelement) kann dafür gesorgt werden, dass der Ausrichtschieber (bzw. die daran angeordneten Vorsprünge) beim Entfernen wieder zurück in den Bereich zwischen den Drahtenden bewegt wird. Zunächst kann der Ausrichtschieber zur Einstellung einer bestimmten Position innerhalb der Durchgangsöffnung des Führungselements verschoben werden, ohne dass eine Fixierung der Drahtenden über diese Verschiebung erfolgt. Während der Spannschieber anschließend den Ausrichtschieber in die gewünschte Position zur Fixierung drückt, kann über ein tangential wirkendes Federelement eine gerichtete Abstützung gegenüber einem Seitenbereich des Führungselements erreicht werden. Beim Verkeilen wird dann ein entsprechendes Federelement komprimiert werden. Beim späteren Öffnen des Werkzeugs bewirken die komprimierten Federelemente dann, dass die Ausrichtstifte nach dem Herausziehen der Spannschieber wieder von den Drahtenden weg in den mittleren Bereich des Führungselements (d. h. weg von der Nut bzw. in den Bereich zwischen zwei benachbarte Nuten) gedrückt werden, so dass die Ausrichtstifte dann wieder aus der Durchgangsöffnung entfernt oder innerhalb der Durchgangsöffnung neu positioniert werden können.
Bevorzugt sind eine Anzahl N von identischen kreisringabschnittsförmigen Führungselementen derart nebeneinander angeordnet, dass die Führungselemente einen gemeinsamen Kreisringabschnitt mit einem Öffnungswinkel α = N × α₀ ausbilden. Beispielsweise ergibt sich bei einem Öffnungswinkel α₀ = 10° eines einzelnen kreisringabschnittsförmigen Führungselements bei N = 10 nebeneinander angeordneten Führungselemente ein gemeinsamer Öffnungswinkel von α = 100°.
Besonders bevorzugt sind eine Anzahl M von identischen kreisringabschnittsförmigen Führungselementen derart nebeneinander angeordnet, dass die Führungselemente einen gemeinsamen Kreisring mit einem Öffnungswinkel α = M × α₀ = 360° (Vollkreis) ausbilden. Beispielsweise entspricht dies bei einem Öffnungswinkel α₀ = 10° eines einzelnen kreisringabschnittsförmigen Führungselements M = 36 nebeneinander angeordneten Führungselementen. Vorzugsweise umschließen die Ausrichtschieber dabei in einer ersten Konfiguration eine erste kreisförmige Öffnung mit einem Radius r größer als der erste Radius r₁, wobei die Ausrichtschieber derart angeordnet sind, dass die Vorsprünge in einer zweiten Konfiguration in radialer Richtung zwischen die mehrlagigen Drahtenden eingreifen und diese fixieren können, wobei in der zweiten Konfiguration die keilförmigen Spannschieber die Ausrichtschieber gegen die Innenseite der zugehörigen Durchgangsöffnung zur Feststellung einkeilen können.
Bevorzugt erfolgt ein Verschieben (d. h. Positionieren innerhalb der Durchgangsöffnung des zugehörigen Führungselements) des Ausrichtschiebers und des Spannschiebers gekoppelt über einen gemeinsamen Antrieb. Dies bedeutet, dass die beiden Verschiebungen über eine Mechanik derart miteinander koordiniert sind, dass diese aus einer einzigen Stellbewegung (z. B. eines Motors oder Stellelements) heraus ein Überführen des Werkzeugs von einem ersten Zustand („offen“) in einen zweiten Zustand („geschlossen“) ermöglicht. Dies kann beispielsweise durch eine Verknüpfung über ein Spannfutter realisiert werden. Beispielsweise kann somit über einen einzelnen Aktuator ein, die aus einem Stator einer elektrischen Maschine aus einer Vielzahl von Nuten vorstehenden Drahtenden einfassendes, erfindungsgemäßes Klemmelement derart vom ersten Zustand in den zweiten Zustand überführt werden, dass der Spannschieber zusammen mit dem Ausrichtschieber durch die Durchgangsöffnung des Führungselements hindurchragend in der Durchgangsöffnung in radialer Richtung verschiebbar positioniert werden kann und durch Einkeilen des Ausrichtschiebers gegen eine Innenseite der Durchgangsöffnung eine Feststellung des Ausrichtschiebers an einer bestimmten Position erreicht werden kann (analog einer Irisblende).
Vorzugsweise kann eine koordinierten Stellbewegung einer Vielzahl von Ausrichtschiebern mittels einer gemeinsamen Antriebsscheibe (bzw. einem Abschnitt hiervon, beispielsweise falls die Führungselemente ebenfalls keinen vollständigen Kreisring ausbilden) erfolgen. Bei der Antriebsscheibe kann es sich insbesondere um eine im Wesentlichen kreisringförmige Struktur mit einer zentralen Öffnung handeln. Auf der Antriebsscheibe können in der Nähe des äußeren Randes mehrere Führungsschlitze angeordnet sein. Insbesondere kann es sich hierbei um kurvenförmig ausgeführte Langlöcher oder Nuten handeln. Die Führungsschlitze können zur Aufnahme von vorzugsweise am proximalen Ende der Ausrichtstifte angeordneten Führungsstiften ausgebildet sein. Die Führungsstifte sollen dabei derart in den Führungsschlitzen der Antriebsscheibe gelagert werden können, dass eine Verschiebung entlang der Führungsschlitze möglich ist. In Kombination mit den Führungselementen kann bei geeigneter Anordnung der Ausrichtstifte in den Führungselementen sowie der jeweiligen Führungsstifte in den Führungsschlitzen der Antriebsscheibe eine Drehbewegung der Antriebsscheibe um eine feststehende gemeinsame Achse in eine koordinierte translatorische Bewegung der Ausrichtstifte in radialer Richtung übersetzt werden.
Besonders bevorzugt erfolgt ein Verschieben eines Ausrichtschiebers und eines Spannschiebers zur Fixierung nur einzelner der mehrlagigen Drahtenden einer Nut sequentiell. Bei dieser Ausführungsform kann somit eine Feststellung des Ausrichtschiebers nacheinander an unterschiedlichen Position erreicht werden. Insbesondere lassen sich auf diese Weise die Drahtenden einer Nut einzeln oder gruppenweise nacheinander fixieren. Beispielsweise kann, nachdem der Spannschieber zusammen mit dem Ausrichtschieber erfindungsgemäß durch die Durchgangsöffnung des Führungselements hindurchragend in der Durchgangsöffnung in radialer Richtung verschiebbar positioniert wurde und durch Einkeilen des Ausrichtschiebers gegen eine Innenseite der Durchgangsöffnung eine Feststellung des Ausrichtschiebers an einer bestimmten Position erreicht wurde, zunächst ein einzelnes Drahtende für eine weitere Bearbeitung fixiert werden. Nach der Bearbeitung kann der Spannschieber wieder gelöst werden, so dass der Ausrichtschieber zur Fixierung eines anderen Drahtendes positioniert werden kann. Eine Fixierung der Drahtenden einer Nut kann somit nacheinander (sequentiell) erfolgen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein entsprechendes Verfahren zum Klemmen von aus einem Stator einer elektrischen Maschine aus einer Vielzahl von Nuten vorstehenden Drahtenden mit einer erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung, wobei die Nuten an einer zylinderförmig ausgebildeten Innenseite des Stators entlang seiner Erstreckungsrichtung beabstandet voneinander angeordnet sind, wobei die Drahtenden sich in den Nuten mehrlagig zwischen einem ersten Radius r₁ und einem kleineren zweiten Radius r₂ erstrecken. Ein erfindungsgemäßes Verfahren umfasst das Anordnen der Klemmvorrichtung auf dem Stator an den vorstehenden Drahtenden; das Positionieren der Vorsprünge eines Ausrichtschiebers gegenüber einem zu fixierenden Drahtende durch Verschieben des Ausrichtschiebers innerhalb der Durchgangsöffnung des Führungselements; und das Fixieren des Drahtendes durch Einkeilen des Ausrichtschiebers gegen eine Innenseite der Durchgangsöffnung zur Feststellung des Ausrichtschiebers an einer bestimmten Position. Die Positionierung auf dem Stator erfolgt, um die gewünschte relative Positionierung zum Stator sowie den aus dem Stator vorstehenden Drahtenden zu erzielen.
Das Verfahren ist auf die Anwendung einer erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung gerichtet und bezieht sich daher unmittelbar auf die Funktionen der einzelnen Merkmale. Die diese Merkmale der Klemmvorrichtung betreffenden Beschreibungsteile gelten daher auch unmittelbar für das Verfahren. Dies gilt ebenfalls für die einzelnen beschriebenen Ausführungsformen inklusive der zugehörigen Beispiele und der hierzu genannten Vorteile.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 schematische Darstellung von Klemmvorrichtungselementen einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung,
2 eine schematische Darstellung der einzelnen Elemente einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Klemmvorrichtungselements, und
3 eine schematische Darstellung einer Antriebsscheibe zur koordinierten Stellbewegung einer Vielzahl von Ausrichtschiebern.

1 zeigt eine schematische Darstellung von Klemmvorrichtungselementen 100, 200, 300 einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung in Kombination mit einem Stator einer elektrischen Maschine (z. B. eines Elektromotors). Die Klemmvorrichtung ist insbesondere geeignet zur Verwendung mit einer Drahtendenumformeinrichtung zum Umformen von aus einem Stator 10 einer elektrischen Maschine aus einer Vielzahl von Nuten 12 vorstehenden Drahtenden 16, wobei die Nuten 12 an einer zylinderförmig ausgebildeten Innenseite des Stators 10 entlang seiner Erstreckungsrichtung Z beabstandet voneinander angeordnet sind, wobei sich die vorstehenden Drahtenden 16 mehrlagig zwischen einem ersten Radius r₁ und einem kleineren zweiten Radius r₂ erstrecken. Eine erfindungsgemäße Klemmvorrichtung weist mindestens ein Klemmvorrichtungselement 100, 200, 300 auf. Insbesondere weist die gezeigte Klemmvorrichtung beispielhaft drei unmittelbar benachbart nebeneinander angeordnete Klemmvorrichtungselemente 100, 200, 300 auf.
Ein Klemmvorrichtungselement 100, 200, 300 umfasst einen Ausrichtschieber 20 mit einem proximalen 22 und einem distalen Ende 24, wobei am distalen Ende 24 seitlich Vorsprünge 26 angeordnet sind, welche derart ausgebildet sind (insbesondere in Abstand, Größe und Form), dass diese in radialer Richtung zwischen die mehrlagigen Drahtenden 16 eingreifen und diese fixieren können; ein kreisringabschnittsförmiges Führungselement 40 mit einem Öffnungswinkel α₀, aufweisend eine keilförmig in radialer Richtung des Kreisringabschnitts zulaufende Durchgangsöffnung 42 zur Aufnahme des Ausrichtschiebers 20, wobei der Ausrichtschieber 20 durch die Durchgangsöffnung 42 hindurchragend in radialer Richtung verschiebbar positioniert werden kann; und einen keilförmigen Spannschieber 30, wobei der Spannschieber 30 zusammen mit dem Ausrichtschieber 20 durch die Durchgangsöffnung 42 des Führungselements 40 hindurchragend in der Durchgangsöffnung in radialer Richtung verschiebbar positioniert werden kann und durch Einkeilen des Ausrichtschiebers 20 gegen eine Innenseite der Durchgangsöffnung 42 eine Feststellung des Ausrichtschiebers 20 an einer bestimmten Position erreicht werden kann. Eine Fixierung der Drahtenden 16 erfolgt hierbei durch die Feststellung des Ausrichtschiebers 20 beim Einkeilen, da durch den Spannschieber 30 die seitlichen Vorsprünge 26 des Ausrichtschiebers 20 bei passender Positionierung zwischen die einzelnen Drahtenden 16 einer zugeordneten Nut 12 gepresst werden können.
Das distale Ende 34 des Spannschiebers 30 kontaktiert beim Einkeilen an einer ersten Seitenfläche des Spannschiebers 30 den Ausrichtschieber 20 an einer von den Vorsprüngen 26 abweisenden Seitenfläche. Eine der ersten Seitenfläche gegenüberliegende zweite Seitenfläche des Spannschiebers 30 ist dazu eingerichtet, gegenüber den mit den Vorsprüngen 26 des Ausrichtschiebers 20 fixierten Drahtenden 16 eine direkte Auflagefläche für die Drahtenden 16 einer unmittelbar benachbarten Nut 12 bereitzustellen.
Bei der gezeigten Klemmvorrichtung sind eine Anzahl N = 3 von identischen kreisringabschnittsförmigen Führungselemente 30 derart nebeneinander angeordnet, dass die Führungselemente 30 einen gemeinsamen Kreisringabschnitt mit einem Öffnungswinkel α = 3 × α₀ ausbilden. Insbesondere ist unter a) ein erstes Klemmvorrichtungselement 100 gezeigt, bei dem der Spannschieber 30 zusammen mit dem Ausrichtschieber 20 durch die Durchgangsöffnung 42 des Führungselements 40 hindurchragend in der Durchgangsöffnung in radialer Richtung verschiebbar positioniert ist und durch Einkeilen des Ausrichtschiebers 20 gegen eine Innenseite der Durchgangsöffnung 42 eine Feststellung des Ausrichtschiebers 20 an einer bestimmten Position erreicht wird. Die Vorsprünge 26 der Ausrichtschieber 20 fixieren hierbei beispielhaft nur einzelne (die beiden äußeren Drahtenden) der mehrlagigen Drahtenden 16 einer Nut 12.
Demgegenüber ist unter c) ein drittes Klemmvorrichtungselement 300 gezeigt, bei dem die Vorsprünge 26 der Ausrichtschieber 20 sämtliche (d. h. alle) der mehrlagigen Drahtenden 16 einer Nut 12 fixieren. Bei dem dritten Klemmvorrichtungselement 300 sind zudem exemplarisch in das Führungselement 40 integrierte Federelemente 44 punktiert angedeutet, welche den Ausrichtschieber 20 beim Klemmen mit dem Spannschieber 30 in tangentialer Richtung gegen eine Innenseite des Führungselements 40 federnd abstützen. Insbesondere handelt es sich bei den gezeigten Federelementen 44 um als Druckfedern wirkende Spiralfedern. Es kann sich bei einem Federelement 44 jedoch auch um eine beliebige andere Art einer geeigneten Federung handeln.
Unter b) ist bei einem zweiten Klemmvorrichtungselement 200 lediglich das kreisringabschnittsförmige Führungselement 40 dargestellt. Zu erkennen ist hierbei insbesondere die keilförmig in radialer Richtung des Kreisringabschnitts zulaufende Durchgangsöffnung 42 zur Aufnahme des Ausrichtschiebers 20, wobei der Ausrichtschieber 20 durch die Durchgangsöffnung 42 hindurchragend in radialer Richtung verschiebbar positioniert werden kann. Der zum zweiten Klemmvorrichtungselement 200 zugehörige Ausrichtschieber 20 sowie der entsprechende Spannschieber 30 sind nicht mit eingezeichnet. Es kann sich hierbei jedoch insbesondere um die unter a) oder c) gezeigten Ausführungsformen eines Ausrichtschiebers 20 und eines Spannschiebers 30 handeln.
2 zeigt eine schematische Darstellung der einzelnen Elemente einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Klemmvorrichtungselements. Der prinzipielle Aufbau des gezeigten Klemmvorrichtungselements entspricht den in 1 gezeigten Ausführungsformen. Das Klemmvorrichtungselement (entspricht einer Klemmvorrichtung mit einem Führungselement 40; N = 1) umfasst einen Ausrichtschieber 20 mit einem proximalen 22 und einem distalen Ende 24, wobei am distalen Ende 24 seitlich Vorsprünge 26 angeordnet sind, welche in Abstand und Größe derart ausgebildet sind; ein kreisringabschnittsförmiges Führungselement 40 mit einem Öffnungswinkel α₀, aufweisend eine keilförmig in radialer Richtung des Kreisringabschnitts zulaufende Durchgangsöffnung 42 zur Aufnahme des Ausrichtschiebers 20, wobei der Ausrichtschieber 20 durch die Durchgangsöffnung 42 hindurchragend in radialer Richtung verschiebbar positioniert werden kann; und einen keilförmigen Spannschieber 30, wobei der Spannschieber 30 zusammen mit dem Ausrichtschieber 20 durch die Durchgangsöffnung 42 des Führungselements 40 hindurchragend in der Durchgangsöffnung in radialer Richtung verschiebbar positioniert werden kann und durch Einkeilen des Ausrichtschiebers 20 gegen eine Innenseite der Durchgangsöffnung 42 eine Feststellung des Ausrichtschiebers 20 an einer bestimmten Position erreicht werden kann.
Der Spannschieber 30 weist entsprechend dem Ausrichtschieber 20 ebenfalls ein proximales 32 und ein distales Ende 34 auf, wobei das distale Ende 34 des Spannschiebers 30 beim Einkeilen mit einer erste Seitenfläche des Spannschiebers 30 den Ausrichtschieber 20 an einer von den Vorsprüngen 26 abweisenden Seitenfläche kontaktiert. Bei der gezeigten Ausführungsform nimmt die Breite des Spannschiebers 30 von seinem proximalen 32 zu seinem distalen Ende 34 hin ab. Der Ausrichtschieber 20 ist bei dieser Ausführungsform ebenfalls keilförmig und von seinem proximalen 22 zu seinem distalen Ende 24 in der Breite abnehmend ausgebildet. Der Ausrichtschieber 20 kann jedoch auch eine davon abweichende Form aufweisen. Insbesondere kann der Ausrichtschieber 20 auch stabförmig mit einer im Wesentlichen einheitlichen Breite ausgebildet sein. Die Vorsprünge 26 sind derart ausgebildet, dass diese am distalen Ende 24 des Ausrichtschiebers 20 seitlich hervorstehen und einen zum Eingreifen in Drahtenden passenden Abstand sowie eine entsprechende Größe und Form aufweisen.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebsscheibe 50 zur koordinierten Stellbewegung einer Vielzahl von Ausrichtschiebern 20. Bei der unter a) gezeigten Antriebsscheibe 50 handelt es sich insbesondere um eine im Wesentlichen kreisringförmige Struktur mit einer zentralen Öffnung. Auf der Antriebsscheibe 50 sind in der Nähe des äußeren Randes mehrere Führungsschlitze 52 angeordnet. Insbesondere handelt es sich hierbei um kurvenförmig ausgeführte Langlöcher. Die Führungsschlitze 52 sind wie unter b) gezeigt zur Aufnahme von am proximalen Ende der Ausrichtstifte 20 angeordneten Führungsstiften 28 ausgebildet (es ist nur ein Ausrichtstift 20 gezeigt). Die Führungsstifte 20 sind dabei derart in den Führungsschlitzen 52 der Antriebsscheibe 50 gelagert, dass eine Verschiebung entlang der Führungsschlitze 52 möglich ist. In Kombination mit den Führungselementen 40 kann bei geeigneter Anordnung der Ausrichtstifte 20 in den Führungselementen 40 sowie der jeweiligen Führungsstifte 28 in den Führungsschlitzen 52 der Antriebsscheibe 50 eine Drehbewegung der Antriebsscheibe 50 um eine feststehende gemeinsame Achse in eine koordinierte translatorische Bewegung der Ausrichtstifte 20 in radialer Richtung übersetzt werden.
Bezugszeichenliste

10: Stator
12: Nut
16: Drahtenden
20: Ausrichtschieber
22: proximales Ende
24: distales Ende
26: Vorsprünge
28: Führungsstift
30: Spannschieber
32: proximales Ende
34: distales Ende
40: Führungselement
42: Durchgangsöffnung
44: Federelement
50: Antriebsscheibe
52: Führungsschlitze
100: erstes Klemmvorrichtungselement
200: zweites Klemmvorrichtungselement (Ausricht- und Spannschieber nicht dargestellt)
300: drittes Klemmvorrichtungselement
Z: Erstreckungsrichtung des Stators
M: Kreismitte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

FR 2845536 A1 [0005]

Claims

Klemmvorrichtung zur Verwendung mit einer Drahtendenumformeinrichtung zum Umformen von aus einem Stator (10) einer elektrischen Maschine aus einer Vielzahl von Nuten (12) vorstehenden Drahtenden (16), wobei die Nuten (12) an einer zylinderförmig ausgebildeten Innenseite des Stators (10) entlang seiner Erstreckungsrichtung (Z) beabstandet voneinander angeordnet sind, wobei sich die vorstehenden Drahtenden (16) mehrlagig zwischen einem ersten Radius r₁ und einem kleineren zweiten Radius r₂ erstrecken, aufweisend mindestens ein Klemmvorrichtungselement (100, 200, 300), umfassend: einen Ausrichtschieber (20) mit einem proximalen Ende (22) und einem distalen Ende (24), wobei am distalen Ende (24) seitlich Vorsprünge (26) angeordnet sind, welche derart ausgebildet sind, dass diese in radialer Richtung zwischen die mehrlagigen Drahtenden (16) eingreifen und diese fixieren können; ein kreisringabschnittsförmiges Führungselement (40) mit einem Öffnungswinkel α₀, aufweisend eine keilförmig in radialer Richtung des Kreisringabschnitts zulaufende Durchgangsöffnung (42) zur Aufnahme des Ausrichtschiebers (20), wobei der Ausrichtschieber (20) durch die Durchgangsöffnung (42) hindurchragend in radialer Richtung verschiebbar positioniert werden kann; und einen keilförmigen Spannschieber (30), wobei der Spannschieber (30) zusammen mit dem Ausrichtschieber (20) durch die Durchgangsöffnung (42) des Führungselements (40) hindurchragend in der Durchgangsöffnung (42) in radialer Richtung verschiebbar positioniert werden kann und durch Einkeilen des Ausrichtschiebers (20) gegen eine Innenseite der Durchgangsöffnung (42) eine Feststellung des Ausrichtschiebers (20) an einer bestimmten Position erreicht werden kann.
Klemmvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein distales Ende (34) des Spannschiebers (30) beim Einkeilen mit einer ersten Seitenfläche des Spannschiebers (30) den Ausrichtschieber (20) an einer von den Vorsprüngen (26) abweisenden Seitenfläche kontaktiert und eine der ersten Seitenfläche gegenüberliegende zweite Seitenfläche des Spannschiebers (30) dazu eingerichtet ist, gegenüber den mit den Vorsprüngen (26) des Ausrichtschiebers (20) fixierten Drahtenden (16) eine direkte Auflagefläche für die Drahtenden (16) einer unmittelbar benachbarten Nut (12) bereitstellen zu können.
Klemmvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vorsprünge (26) des Ausrichtschiebers (20) dazu ausgebildet sind, sämtliche oder nur einzelne der mehrlagigen Drahtenden (16) einer Nut (12) fixieren zu können.
Klemmvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für eine gegenseitige Positionierung der Ausrichtschieber (20) eine Führung für den Spannschieber (30) und/oder der Spannschieber (30) eine Führung für den Ausrichtschieber (20) aufweist.
Klemmvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Abstützung des Ausrichtschiebers (20) und/oder des Spannschiebers (30) am Führungselement (40) über ein Federelement (44) erfolgt.
Klemmvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Anzahl N von identischen kreisringabschnittsförmigen Führungselementen (30) derart nebeneinander angeordnet sind, dass die Führungselemente (30) einen gemeinsamen Kreisringabschnitt mit einem Öffnungswinkel α = N × α₀ ausbilden.
Klemmvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Anzahl M von identischen kreisringabschnittsförmigen Führungselementen (30) derart nebeneinander angeordnet sind, dass die Führungselemente (30) einen gemeinsamen Kreisring mit einem Öffnungswinkel α = M × α₀ = 360° ausbilden.
Klemmvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Ausrichtschieber (20) in einer ersten Konfiguration eine erste kreisförmige Öffnung mit einem Radius r größer als der erste Radius r₁ umschließen, wobei die Ausrichtschieber (20) derart angeordnet sind, dass die Vorsprünge (26) in einer zweiten Konfiguration in radialer Richtung zwischen die mehrlagigen Drahtenden (16) eingreifen und diese fixieren können, wobei in der zweiten Konfiguration die keilförmigen Spannschieber (30) die Ausrichtschieber (20) gegen die Innenseite der zugehörigen Durchgangsöffnung (42) zur Feststellung einkeilen können.
Verfahren zum Klemmen von aus einem Stator (10) einer elektrischen Maschine aus einer Vielzahl von Nuten (12) vorstehenden Drahtenden (16) mit einer Klemmvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Nuten (12) an einer zylinderförmig ausgebildeten Innenseite des Stators (10) entlang seiner Erstreckungsrichtung (Z) beabstandet voneinander angeordnet sind, wobei die Drahtenden (16) sich in den Nuten (12) mehrlagig zwischen einem ersten Radius r₁ und einem kleineren zweiten Radius r₂ erstrecken, die folgenden Schritte umfassend: Anordnen der Klemmvorrichtung auf dem Stator (10) an den vorstehenden Drahtenden (16); Positionieren der Vorsprünge (26) eines Ausrichtschiebers (20) gegenüber einem zu fixierenden Drahtende (16) durch Verschieben des Ausrichtschiebers (20) innerhalb der Durchgangsöffnung (42) des Führungselements (40); und Fixieren des Drahtendes (16) durch Einkeilen des Ausrichtschiebers (20) gegen eine Innenseite der Durchgangsöffnung (42) zur Feststellung des Ausrichtschiebers (20) an einer bestimmten Position.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei ein Verschieben des Ausrichtschiebers (20) und des Spannschiebers (30) sequentiell zur Fixierung nur einzelner der mehrlagigen Drahtenden (16) einer Nut (12) erfolgt.