DE102022111470A1

DE102022111470A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Schränken von Leiterenden einer Spulenwicklung für eine elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102022111470A1
Application number: DE102022111470.8A
Authority: DE
Inventors: Thomas Auerswald; Georg Feidieker; Sven Reglin
Original assignee: Aumann Beelen GmbH
Current assignee: Aumann Beelen GmbH
Priority date: 2022-05-09
Filing date: 2022-05-09
Publication date: 2023-11-09
Also published as: WO2023217317A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) und ein Verfahren zum Schränken von Leiterenden einer Spulenwicklung für eine elektrische Maschine. Die Vorrichtung (1) weist Folgendes auf: eine Werkstückaufnahme (2), die eingerichtet ist, als Werkstück eine Anordnung für eine elektrische Maschine aufzunehmen, bei der mit Drahtleitern gebildete Spulenelemente für eine Spulenwicklung in Nuten eines Blechpakets angeordnet sind und Leiterenden der Spulenelemente endseitig über das Blechpaket überstehen; und ein Biegewerkzeug (10), das eingerichtet ist, die Leiterenden zu schränken, und mit einer ersten Drehbiegeeinheit (20a) gebildet ist. Die erste Drehbiegeeinheit (20a) weist Folgendes auf: einen ersten Drehverbinder mit einer ersten Verbinderaufnahme zum Verbinden mit ersten Leiterenden beim Schränken der Leiterenden (6), derart, dass ein über den ersten Drehverbinder bereitgestelltes Drehmoment auf die ersten Leiterenden übertragbar ist; und eine erste Antriebseinrichtung, die mit dem ersten Drehverbinder verbunden ist, derart, dass der erste Drehverbinder zum Schränken der ersten Leiterenden mittels einer von der ersten Antriebseinrichtung bereitgestellten Antriebskraft relativ zum Werkstück an der Werkstückaufnahme (2) drehbar ist, wobei die erste Antriebseinrichtung zum Bereitstellen der Antriebskraft für den ersten Drehverbinder mit einem ersten Torquemotor gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schränken von Leiterenden einer Spulenwicklung für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Stator für eine elektrische Maschine.
Hintergrund
Elektrische Maschinen verfügen über eine Anordnung mit einem Blechpaket, bei dem es sich um einen Eisenkern handeln kann, an dem in Nuten des Blechpakets eine Spulenwicklung aus Drahtleitermaterial angeordnet ist. Hierbei sind Ausführungsformen bekannt, bei denen die Spulenwicklung mit Hilfe von Spulenelementen gebildet wird, die in die Nuten des Blechpakets eingesteckt werden, weshalb solche Anordnungen auch als Steckspule bezeichnet werden. Die Spulenelemente können beispielsweise eine U-, J- oder I-Form aufweisen. Im Fall der U-Form werden die Spulenelemente auch als Hairpin bezeichnet. Nach dem Anordnen der Spulenelemente in den Nuten des Blechpakets werden stirnseitig überstehende Leiterenden der Spulenelemente geschränkt oder getwistet, was mit Hilfe eines Biegevorgangs ausgeführt wird.
Dokument WO 2021 / 11 57 87 A1 offenbart ein Werkzeug zum Separieren und Schränken von Draht- oder Leiterenden einer Wicklung, wobei die Wicklung mehrere Draht- oder Leiterelemente aufweist, die die Draht- oder Leiterenden ausbilden. Das Werkzeug ist mit einem ersten und einem zweiten Werkzeugteil gebildet, wobei das erste Werkzeugteil an seinem dem zweiten Werkzeugteil zugewandten Innenumfang eine erste Mehrzahl von Aufnahmen zur Aufnahme einer ersten Mehrzahl von Drahtenden aufweist und wobei das zweite Werkzeugteil an seinem dem ersten Werkzeugteil zugewandten Außenumfang eine zweite Mehrzahl von Aufnahmen zur Aufnahme einer zweiten Mehrzahl von Drahtenden aufweist. Das erste und das zweite Werkzeugteil sind in Umfangsrichtung des Werkzeugs zum Schränken der Drahtenden relativ zueinander verdrehbar, wobei in der Umfangsrichtung zwischen der ersten Mehrzahl von Aufnahmen und / oder der zweiten Mehrzahl von Aufnahmen eine Mehrzahl von radial ausgerichteten Beaufschlagungsstegen zum Beabstanden der Draht- oder Leiterenden in radialer Richtung des Werkzeugs vorgesehen ist.
Zusammenfassung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schränken von Leiter- oder Drahtenden einer Spulenwicklung für eine elektrische Maschine anzugeben, mit denen das Schränken der Leiterenden von Spulenelementen der Spulenwicklung auf einfache und flexible Art und Weise mit hoher Güte ermöglicht ist.
Zur Lösung sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schränken von Leiterenden einer Spulenwicklung für eine elektrische Maschine nach den unabhängigen Ansprüchen 1 und 15 geschaffen. Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.
Nach einem Aspekt ist eine Vorrichtung zum Schränken oder Twisten von Leiter- oder Drahtenden einer Spulenwicklung für eine elektrische Maschine geschaffen, welche Folgendes aufweist: eine Werkstückaufnahme, die eingerichtet ist, als Werkstück eine Anordnung für eine elektrische Maschine aufzunehmen, bei der mit Drahtleitern gebildete Spulenelemente für eine Spulenwicklung in Nuten eines Blechpakets angeordnet sind und Leiter- oder Drahtenden der Spulenelemente endseitig über das Blechpaket überstehen; und ein Biegewerkzeug, das eingerichtet ist, die Leiterenden zu schränken, und das mit einer ersten Drehbiegeeinheit gebildet ist. Die erste Drehbiegeeinheit weist einen ersten Drehverbinder mit einer ersten Verbinderaufnahme zum Verbinden mit ersten Leiterenden beim Schränken der Leiterenden auf, derart, dass ein über den ersten Drehverbinder bereitgestelltes Drehmoment auf die ersten Leiterenden übertragbar ist. Die erste Drehbiegeeinheit weist weiterhin eine erste Antriebseinrichtung auf, die mit dem ersten Drehverbinder verbunden ist, derart, dass der erste Drehverbinder zum Schränken der ersten Leiterenden mittels einer von der ersten Antriebseinrichtung bereitgestellten Antriebskraft relativ zum Werkstück an der Werkstückaufnahme drehbar ist, wobei die erste Antriebseinrichtung zum Bereitstellen der Antriebskraft für den ersten Drehverbinder mit einem ersten Torquemotor gebildet ist.
Nach einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Schränken von Leiterenden einer Spulenwicklung für eine elektrische Maschine geschaffen, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Bereitstellen einer Werkstückaufnahme; Anordnen einer Anordnung für eine elektrische Maschine als Werkstück an der Werkstückaufnahme, wobei bei der Anordnung mit Drahtleitern gebildete Spulenelemente für eine Spulenwicklung in Nuten eines Blechpakets angeordnet sind und Leiterenden der Spulenelemente endseitig über das Blechpaket überstehen; und Schränken von ersten Leiterenden mittels einer ersten Drehbiegeeinheit eines Biegewerkzeugs. Beim Schränken ist Folgendes vorgesehen: Verbinden der ersten Leiterenden mit einer ersten Verbinderaufnahme eines ersten Drehverbinders, derart, dass ein über den ersten Drehverbinder bereitgestelltes Drehmoment auf die ersten Leiterenden übertragen wird; und Drehen des ersten Drehverbinders, der mit einer ersten Antriebseinrichtung der ersten Drehbiegeeinheit verbunden ist, mittels einer von der ersten Antriebseinrichtung bereitgestellten Antriebskraft relativ zum Werkstück an der Werkstückaufnahme, wobei die erste Antriebseinrichtung zum Bereitstellen der Antriebskraft für den ersten Drehverbinder mit einem ersten Torquemotor gebildet ist.
Mit Hilfe der Vorrichtung und des Verfahrens ist es auf einfache und flexible Art und Weise möglich, die Leiterenden der Spulenwicklung nach dem Anordnen der Spulenelemente in den Nuten des Blechpakets mittels Biegen mit hoher Güte zu schränken oder zu twisten. Hierzu sieht die Vorrichtung eine Werkstückaufnahme vor, an der die Anordnung für die elektrische Maschine mit dem Blechpaket und den hieran in den Nuten aufgenommenen Spulenelementen montiert wird. Die Leiterenden werden mit der ersten Verbinderaufnahme des ersten Drehverbinders verbunden, sei es zum Beispiel mittels direkter Aufnahme der ersten Leiterenden in der ersten Verbinderaufnahme der ersten Drehbiegeeinheit oder über ein Schränkwerkzeug, welches als wechselbares Werkzeugmodul ausführbar und welches eingerichtet ist, das über den ersten Drehverbinder bereitgestellte Drehmoment auf die ersten Leiterenden zu übertragen. Sodann kann der Drehverbinder oder die Drehverbindereinrichtung mit den hiermit in Verbindung stehenden Leiterenden relativ zum Werkstück an der Werkstückaufnahme gedreht werden, um die Leiterenden zu schränken. Die hierfür notwendige Antriebskraft wird mit Hilfe des ersten Torquemotors bereitgestellt, welcher der ersten Drehbiegeeinheit zugeordnet ist. Bei dem Torquemotor handelt es sich um einen elektrischen Direktantrieb, der eine getriebefreie und präzise Übertragung der bereitgestellten Antriebskraft auf die Leiterenden zum Schränken ermöglicht. Solche Torquemotoren können sehr hohe Drehmomente bei relativ kleinen Drehzahlen bereitstellen.
Torquemotoren können als auf hohe Drehmomente optimierte Servomotoren mit einer Hohlwelle ausgeführt sein. Der Torquemotor kann als ein bürstenloser Gleichstrommotor ausgeführt sein. In einer Ausgestaltung handelt es sich bei dem Torquemotor um einen Innenläufer, bei dem der Stator des Torquemotors außen und der Rotor des Torquemotors innen angeordnet sind. Alternativ kann der Torquemotor als Außenläufer ausgeführt sein, bei dem der Rotor außen und der Stator innen ausgebildet sind.
Die erste Verbinderaufnahme an dem ersten Drehverbinder kann in Bezug auf die Drehachse der Drehbiegeeinheit mit sich in radialer Richtung erstreckenden Aufnahmen für die Leiterenden gebildet sein, die um die Drehachse herum zum Beispiel in äquidistanten Abständen angeordnet sind. Eine Aufnahme kann in einem Beispiel jeweils eingerichtet sein, ein oder mehrere Leiterenden formschlüssig aufzunehmen und beim Schränken zu halten.
Der erste Drehverbinder kann in Bezug auf den ersten Torquemotor radial innenliegend angeordnet sein. Der erste Drehverbinder mit der Verbinderaufnahme zum formschlüssigen Aufnehmen und wahlweisen Halten der Leiterenden kann in Bezug auf den ersten Torquemotor im Wesentlichen mittig (zentrisch) angeordnet sein.
Der erste Drehverbinder kann eine erste innere Hohlwelle des ersten Torquemotors bilden. Über die innere Hohlwelle wird die Antriebskraft des ersten Torquemotors übertragen, um den ersten Drehverbinder beim Schränken der Leiterenden zu drehen.
Die erste Drehbiegeeinheit kann als Biegemodul mit einem scheibenförmigen Modulgehäuse gebildet sein. Auf diese Weise kann ein flaches Modulgehäuse bereitgestellt sein, was platzsparend und stapelbar ausgeführt ist.
Der ersten Drehbiegeeinheit kann eine erste Messeinrichtung zugeordnet sein, die eingerichtet ist, eine Drehstellung des ersten Drehverbinders beim Schränken der ersten Leiterenden zu erfassen. Mit Hilfe der Messeinrichtung können die unterschiedlichen Drehstellungen des ersten Drehverbinders mit den hierin aufgenommenen Leiterenden beim Schränken detektiert werden. Die erfassten Messdaten können von einer zugeordneten Steuereinrichtung verarbeitet werden, beispielsweise für eine individuelle Steuerung der Drehbewegung des ersten Drehverbinders beim Schränken.
Das Biegewerkzeug kann unterhalb der Werkstückaufnahme angeordnet sein. Hierbei ist vorgesehen, dass die Werkstückaufnahme mit dem hieran befestigten Werkstück beim Schränkprozess oberhalb des Biegewerkzeugs angeordnet ist, so dass die zu schränkenden Leiterenden nach unten zum Biegewerkzeug hin zeigen und die ersten Leiterenden mittels relativer Bewegung von Biegewerkzeug und Werkstückaufnahme aufeinander zu in der ersten Verbinderaufnahme an dem ersten Drehverbinder eingebracht werden können. In einer Ausführungsform wird die Werkstückaufnahme auf das Biegewerkzeug zugestellt, welches hierbei seinerseits in einer Ruhestellung verbleibt. Hierzu kann vorgesehen sein, dass die Werkstückaufnahme entlang einer Führung verlagerbar ist, insbesondere in vertikaler Richtung, wobei die Führung an einem Gestell der Vorrichtung angeordnet ist.
Es kann eine Stützvorrichtung vorgesehen sein, die eingerichtet ist, die in den Nuten des Blechpakets angeordneten Spulenelemente beim Schränken zu stützen. Die Stützvorrichtung kann eingerichtet sein, die Spulenelemente, die in den Nuten des Blechpakets angeordnet sind, beim Schränken einfach oder mehrfach zu stützen, also in einem oder in mehreren Abschnitten der Spulenelemente, insbesondere im Bereich von Abschnitten der Spulenelemente, die oberhalb und / oder unterhalb des Blechpakets aus den Nuten vorstehen.
Die Stützvorrichtung kann eine in Bezug auf die zu schränkenden Leiterenden proximale Stützeinrichtung aufweisen, die eingerichtet ist, beim Schränken die ersten Leiterenden jeweils zu stützen, derart, dass die ersten Leiterenden jeweils über die proximale Stützeinrichtung gebogen werden. Die proximale Stützeinrichtung kann mit Biegefingern gebildet sein, die mittels einer Bewegung in radialer Richtung in Bezug auf die Drehachse des ersten Drehverbinders zwischen benachbarten Leiterenden der ersten Leiterenden eingeführt werden. Beim Biegen im Rahmen des Schränkprozesses werden die ersten Leiterenden dann gegen zugeordnete Biegefinger gedrückt und über diese gebogen. Die Biegefinger können mit Hilfe einer um die Drehachse umlaufenden Anordnung von Biegefingern bereitgestellt sein, welche wahlweise getrennt voneinander betätigbar sind, sei es in Gruppen von Biegefingern oder einzeln. Eine motorgetriebene Betätigungseinrichtung kann vorgesehen sein. Alternativ oder ergänzend kann die proximale Stützeinrichtung mit einem Ring mit radial nach innen vorstehenden Vorsprüngen gebildet sein, wobei die Vorsprünge zur Stützung zwischen benachbarten ersten Leiterenden anordenbar sind. Der Ring kann für ein manuelles Anbringen ausgeführt sein. Diese Art von proximaler Stützeinrichtung kann zum Beispiel aus einem Kunststoffmaterial oder Metall bestehen.
Die Stützvorrichtung kann eine in Bezug auf die zu schränkenden Leiterenden distale Stützeinrichtung aufweisen, die eingerichtet ist, beim Schränken die Spulenelemente gegen ein Einziehen in die Nuten des Blechpakets zu sichern. Die distale Stützeinrichtung kann dazu ausgeführt sein, die in den Nuten angeordneten Spulenelemente auf der gegenüberliegenden Seite des Blechpakets beim Schränken zu stützen, so dass die Spulenelemente im Rahmen der Ausführung des Biegeprozesses nicht bzw. nicht weiter in die Nuten eingezogen werden, also ein axiales Nachrutschen der Spulenelemente verhindert oder zumindest gemindert ist.
Dies betrifft die Stützung der Spulenelemente auf der Seite des Blechpakets, die zur Blechpaketseite mit den zu schränkenden Leiterenden gegenüberliegend ausgebildet ist. In Verbindung mit der distalen Stützeinrichtung können die vorangehend im Zusammenhang mit der proximalen Stützeinrichtung erläuterten Ausgestaltungen entsprechend vorgesehen sein.
Das Biegewerkzeug kann mit mindestens einer zweiten Drehbiegeeinheit gebildet sein, welche Folgendes aufweist: einen zweiten Drehverbinder mit einer zweiten Verbinderaufnahme zum Verbinden mit zweiten Leiterenden beim Schränken der Leiterenden, derart, dass ein über den zweiten Drehverbinder bereitgestelltes Drehmoment auf die zweiten Leiterenden übertragbar ist, wobei die zweiten Leiterenden von den ersten Leiterenden verschieden sind; und eine zweite Antriebseinrichtung, die mit dem zweiten Drehverbinder verbunden ist, derart, dass der zweite Drehverbinder zum Schränken der Leiterenden mittels einer von der zweiten Antriebseinrichtung bereitgestellten Antriebskraft relativ zum Werkstück an der Werkstückaufnahme drehbar ist, wobei die zweite Antriebseinrichtung zum Bereitstellen der Antriebskraft für den zweiten Drehverbinder mit einem zweiten Torquemotor gebildet ist. Die mindestens eine zweite Drehbiegeeinheit kann hinsichtlich ihrer konstruktiven Eigenschaften vergleichbar der ersten Drehbiegeeinheit ausgebildet sein, beispielsweise bezüglich der Anordnung des zweiten Drehverbinders und / oder dem Vorsehen einer inneren Hohlwelle.
In einer Ausgestaltung können mehr als zwei Drehbiegeeinheiten vorgesehen sein, die jeweils direkt oder indirekt über das Schränkwerkzeug mit unterschiedlichen Leiterenden verbunden werden, um diese beim Schränken zu biegen. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die verschiedenen Drehverbinder, jeweils angetrieben durch einen zugeordneten Torquemotor, gleichzeitig oder zeitversetzt um eine gemeinsame Drehachse gedreht werden. Die jeweiligen Torquemotoren können getrennt und separat steuerbar sein, so dass die Drehbewegungen der mehreren Drehverbinder wahlweise unabhängig voneinander ausführbar und steuerbar sind. Auf diese Weise kann den mit der jeweiligen Verbinderaufnahme verbundenen Leiterenden eine jeweils gewünschte Biegung aufgeprägt werden.
Das Biegewerkzeug stellt in den verschiedenen Ausgestaltungen das zum Schränken der Leiterenden notwendige Drehmoment bereit, welches in einer Ausführungsform über das Schränkwerkzeug auf die zu biegenden Leiterenden übertragen wird.
Die erste und die mindestens eine zweite Drehbiegeeinheit können übereinandergestapelt sein, und der zweite Drehverbinder kann hierbei durch die erste Drehbiegeeinheit hindurch gebildet sein oder verlaufen. Die Drehbiegeeinheiten können lösbar übereinandergestapelt sein, so dass je nach gewünschter Anwendung Drehbiegeeinheiten dem Stapel hinzugefügt oder hiervon wieder getrennt werden können.
Der erste und der zweite Drehverbinder können zumindest abschnittsweise ineinander verlaufend angeordnet sein. Der erste und der zweite Drehverbinder sowie wahlweise weitere Drehverbinder können ineinandergesteckt angeordnet sein, wobei über die Drehverbinder jeweils eine drehfeste Verbindung zwischen der Verbinderaufnahme und der Antriebseinrichtung (Torquemotor) vermittelt wird, so dass aufgrund der bereitgestellten Antriebskraft die in der Verbinderaufnahme jeweils angeordneten Leiterenden zum Schränken relativ zum Blechpaket und zur Werkstückaufnahme verdreht werden.
Die erste und die zweite Verbinderaufnahme können in einer gemeinsamen Aufnahmeebene quer zu einer Stapelachse der übereinander gestapelten ersten und mindestens einen zweiten Drehbiegeeinheit angeordnet sein. Die gemeinsame Ebene der Verbinderaufnahmen kann im Bereich einer Deckfläche einer obersten Drehbiegeeinheit in dem Stapel von Drehbiegeeinheiten ausgebildet sein. Im Bereich der Deckfläche kann in einer Ausführung das Schränkwerkzeug mit der Verbinderaufnahme oder den Verbinderaufnahmen verbunden werden, zum Beispiel mittels Verbinderelementen am Schränkwerkzeug.
Es kann eine Nachführeinrichtung vorgesehen sein, die eingerichtet ist, die Werkstückaufnahme mit dem hieran aufgenommenen Werkstück und die Biegeeinrichtung beim Schränken der Leiterenden aufeinander zu zu bewegen. Mit Hilfe der Nachführeinrichtung kann die Werkstückaufnahme beim Ausführen des Schränk- oder Twistprozesses in Abhängigkeit von der Drehstellung zum Biegewerkzeug hin nachgeführt oder nachgestellt werden, so dass Leiterenden sicher in der zugeordneten Aufnahme verbleiben, zum Beispiel der Aufnahme für die Leiterenden am Schränkwerkzeug. Hierbei wird der Abstand zwischen der Werkstückaufnahme und dem gegenüberliegenden Biegewerkzeug (und / oder dem Schränkwerkzeug) verkleinert, beispielsweise kontinuierlich mit der ausgeführten Drehbewegung.
Die Spulenelemente können zum Beispiel eine U-, J- oder I-Form aufweisen. Im Fall der U-Form werden die Spulenelemente auch als Hairpin bezeichnet.
Die vorangehend im Zusammenhang mit der Vorrichtung zum Schränken von Leiterenden der Spulenwicklung für eine elektrische Maschine erläuterten Ausgestaltungen können im Zusammenhang mit dem Verfahren zum Schränken der Leiterenden der Spulenwicklung entsprechend vorgesehen sein.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Im Folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung erläutert. Hierbei zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Schränken von Leiterenden einer Spulenwicklung für eine elektrische Maschine von vorn und von der Seite;
2 eine schematische perspektivische Darstellung der Vorrichtung aus 1;
3 eine schematische Teildarstellung der Vorrichtung aus 1, wobei ein Werkstück an einer Werkstückaufnahme montiert ist;
4 eine schematische Darstellung einer gestapelten Anordnung von Drehbiegeeinheiten von schräg oben;
5 eine schematische Darstellung einer gestapelten Anordnung von Drehbiegeeinheiten in einer Schnittansicht;
6 eine schematische Darstellung von Verbinderaufnahmen bei der gestapelten Anordnung von Drehbiegeeinheiten aus 5 von oben und
7 eine schematische perspektivische Darstellung eines Modulgehäuses einer Drehbiegeeinheit.

1 und 2 zeigen schematische Darstellungen einer Vorrichtung 1 zum Schränken von Leiterenden einer Spulenwicklung einer elektrischen Maschine, wobei 2 eine vereinfachte Darstellung ohne eine Einhausung 1a und eine Bedieneinrichtung 1b zeigt. 3 zeigt eine schematische Detaildarstellung der Vorrichtung 1, wobei an einer Werkstückaufnahme 2 als Werkstück 3 eine Anordnung mit einem Blechpaket 4 gezeigt ist, an dem in Nuten des Blechpakets 4 Spulenelemente 5 aufgenommen sind. Die Spulenelemente 5 sind von Leitern aus einem Drahtmaterial (Drahtleiter) gebildet, wobei Leiterenden 6 auf einer Seite 7 des Blechpakets 4 überstehen. Die Leiterenden 6 werden im Rahmen der Bearbeitung des Werkstücks 2, also der Anordnung mit dem Blechpaket 4 und den Spulenelementen 5, mit Hilfe der Vorrichtung 1 getwistet oder geschränkt, so dass Werkstück 2 dann nachfolgend zum Herstellen einer elektrischen Maschine weiter bearbeitet werden kann, wie dies als solches bekannt ist. Auf einer gegenüberliegenden Seite 8 des Blechpakets stehen weitere Leiterenden 9 über (vgl. 3), die jeweils zwei gerade Leiterabschnitte der Spulenelemente 5 verbinden, die ihrerseits in den Nuten des Blechpakets 4 aufgenommen sind, wie dies als solches bekannt ist.
Die Werkstückaufnahme 2 mit den hieran montierten Werkstück 3 ist oberhalb eines Biegewerkzeugs 10 angeordnet. Die Werkstückaufnahme 2 ist entlang einer Führung 11, welche ihrerseits an einem Vorrichtungsgestell 12 angeordnet ist, in vertikaler Richtung verlagerbar. Die Werkstückaufnahme 2 ist hierbei an einem Fügeschlitten 13 angeordnet, welcher entlang der Führung 11 in vertikaler Richtung verlagerbar ist.
Gemäß 3 ist zum Schränken der Leiterenden 6 ein Schränkwerkzeug 14 dem Werkstück 3 gegenüberliegend angeordnet, welches im gezeigten Beispiel unterhalb des Werkstücks 3 angeordnet ist. In zugeordneten Aufnahmen des Schränkwerkzeugs 14 sind die zu schränkenden Leiterenden aufgenommen, beim Beispiel in 3 auf der Oberseite des Schränkwerkzeugs 14, insbesondere formschlüssig. An dem Schränkwerkzeug 14 sind Verbinderelemente 15 vorgesehen, zum Beispiel in Form von Vorsprüngen, welche dem funktionellen Verbinden mit dem Biegewerkzeug 10 dienen, wenn das Schränkwerkzeug 14 zum Ausführen der Schränkung mit dem Biegewerkzeug 10 verbunden wird.
Mit Hilfe des Fügeschlittens 13 kann die Werkstückaufnahme 2 mit dem hieran montierten Werkstück 3 (vgl. 3) während des Biegeprozesses zum Schränken der Leiterenden 6 in Richtung des Biegewerkzeugs 10 bzw. des Schränkwerkzeugs 14 entlang der Führung 11 nachgeführt werden, so dass die Leiterenden 6 mit dem Biegewerkzeug 10 / dem Schränkwerkzeug 14 im Eingriff verbleiben. Auf diese Weise ist eine Nachführeinrichtung bereitgestellt.
Die 4 bis 7 zeigen weitere Details in Verbindung mit dem Biegewerkzeug 10.
Das Biegewerkzeug 10 weist in einer Ausführung gemäß den 1, 2, 4 und 5 eine gestapelte Anordnung 20 mit mehreren übereinandergestapelten Drehbiegeeinheiten 20a, ..., 20d auf. Die mehreren Drehbiegeeinheiten 20a, ..., 20d verfügen jeweils über ein Modulgehäuse 21 (vgl. auch 7), welches als ein scheibenförmiges Flachgehäuse gebildet ist. Jeder der mehreren Drehbiegeeinheiten 20a, ..., 20d ist ein Drehverbinder 22a, ..., 22d zugeordnet, der im Zentrum der jeweiligen Drehbiegeeinheit 20a, ..., 20d angeordnet ist und welcher mit einem Torquemotor 23a, ..., 23d verbunden ist, mit dem für jede der mehreren Drehbiegeeinheiten 20a, ..., 20d eine getrennt gebildete Antriebseinrichtung 24a, ..., 24d bereitgestellt ist. Mit Hilfe des Torquemotors 23a, ..., 23d wird eine drehende Antriebskraft bereitgestellt, die auf die Drehverbinder 22a, ..., 22d übertragen wird. Der Drehverbinder 22d einer unteren Drehbiegeeinheit 20d im Stapel 20 erstreckt sich von der unteren Drehbiegeeinheit 20a ausgehend durch die darüber angeordneten weiteren Drehbiegeeinheiten 20a, 20b, 20c hindurch bis in den Bereich einer Deckfläche 25 (vgl. 5).
6 zeigt eine schematische Darstellung der konzentrischen Anordnung der mehreren Drehverbinder 22a, ..., 22d, die gemäß 4 mit einem jeweiligen der Torquemotoren 23a, ..., 23d der mehreren Drehbiegeeinheiten 20a, ..., 20d verbunden sind. Da jede der mehreren Drehbiegeeinheiten 20a, ..., 20d einen individuell zugeordneten Torquemotor 23a, ... , 23d aufweist, können so die Drehverbinder 22a, ..., 22d individuell und unabhängig voneinander gedreht werden.
Zum Schränken der Leiterenden 6 wird die von den mehreren Drehbiegeeinheiten 20a, ..., 20d über den jeweiligen Drehverbinder 22a, ..., 22d bereitgestellte Drehbewegung (Drehmoment) über das Schränkwerkzeug 14, welches seinerseits die zu schränkenden Leiterenden aufnimmt, auf die Leiterenden 6 übertragen. Hierzu werden die Verbinderelemente 15 am Schränkwerkzeug 14 (vgl. 3) jeweils in einer zugeordneten Verbinderaufnahme 26a, ..., 26d (vgl. 6) an den mehreren Drehverbinder 22a, ..., 22d lösbar aufgenommen, insbesondere formschlüssig. Das Schränkwerkzeug 14 kann hierzu mit mehreren Schränkscheiben ausgeführt sein, welchen die Verbinderelemente 15 zugeordnet sind, um so die Drehbewegung von den Drehverbindern 22a, ..., 22d auf jeweils mindestens eine der Schränkscheiben am Schränkwerkzeug 14 zu übertragen.
Zum Ausführen der Biegung für den Schränkprozess wird das vom jeweiligen Torquemotor 23a, ..., 23d bereitgestellte Drehmoment über die Drehverbinder 22a, ..., 22d und wahlweise das Schränkwerkzeug 14 auf die Leiterenden 6 übertragen, um diese zu schränken, wenn die Drehverbinder 22a, ..., 22d relativ zum Blechpaket 4 mit den hieran aufgenommen Spulenelemente 5 verdreht werden.
Die mehreren Drehverbinder 22a, ..., 22d sind beim gezeigten Beispiel ineinandergesteckt, insbesondere formschlüssig, derart, dass sie zum Schränken der Leiterenden 6 relativ zueinander verdrehbar sind.
Mit dem vom Biegewerkzeug 10 getrennt gebildeten und mit diesem lösbar zu verbindenden Schränkwerkzeug 14 ist ein modularer Werkzeugaufbau geschaffen, derart, dass das Biegewerkzeug 10, welches insbesondere die Drehbewegung bereitstellt, mit verschiedenen Ausgestaltungen des Schränkwerkzeugs 14 kombiniert werden kann, um so unterschiedliche Schränkaufgaben auszuführen, zum Beispiel für unterschiedliche Anordnungen von Leiterenden oder unterschiedlich geschränkte Ausführungen bei gleichen Anordnungen von Leiterenden.
In einer vereinfachten Ausführung kann vorgesehen sein, die Leiterenden 6 zum Schränken direkt in den Verbinderaufnahmen 26a, ..., 26d der mehreren Drehverbinder 22a, ..., 22d aufzunehmen.
Gemäß 6 erstreckt sich bei dem dargestellten Beispiel eine Anordnung der Verbinderaufnahmen 26a, ..., 26d in radialer Richtung. Um eine Drehachse 27 herum sind gemäß 6 mehrere Anordnungen von Verbinderaufnahmen 26a, ..., 26d vorgesehen, die beim gezeigten Beispiel umlaufend äquidistant beabstandet sind.
Die an den Drehverbinder 22a, ..., 22d gebildeten Verbinderaufnahmen 26a, ..., 26d sind bei der gezeigten Ausführung in einer gemeinsamen Ebene quer zur Drehachse 27 angeordnet.
Beim Schränken werden die Leiterenden 6 in Bezug auf die in den Nuten des Blechpakets 4 angeordneten geraden Leiterabschnitte der Spulenelemente 5 gebogen. Das Biegen erfolgt gemäß 3 über einen jeweils zugeordneten Biegefinger 28 einer Anordnung von Biegefingern 29 oberhalb des Schränkwerkzeugs 14, mit denen eine in Bezug auf die Leiterenden 6 proximale Stützeinrichtung 30 gebildet ist. Die Biegefinger 28 sind bei der Ausführung nach 3 individuell in radialer Richtung verlagerbar, so dass vor dem Schränken ein jeweiliger Biegefinger 28 in den Bereich zwischen benachbarten der Leiterenden 6 verlagert werden kann, um den Biegefinger 28 nach Abschluss des Biegeprozesses (Schränken) wieder aus dem Bereich zwischen den benachbarten Leiterenden 6 herauszunehmen.
Ergänzend oder alternativ kann auf der gegenüberliegenden Seite 8 des Blechpakets 4 eine in Bezug auf die Leiterenden 6 distale Stützeinrichtung (nicht dargestellt) vorgesehen sein, bei der Biege- oder Stützelemente, ähnlich den Biegefingern 28 oder verschieden hiervon, zwischen benachbarte der Leiterenden 9 eingreifen, um diese beim Schränkprozess zu stützen, insbesondere dahingehend, dass ein axiales Nachrutschen der Spulenelemente 5 in die Nuten des Blechpakets 4 hinein verhindert oder minimiert wird.
Alternativ zu der gezeigten Ausführungsform der proximalen Stützeinrichtung 30 kann eine Ringstruktur vorgesehen sein (nicht dargestellt), bei der an dem Ring nach innen in radialer Richtung ausgebildete Vorsprünge vorgesehen sind, die zur Stützung zwischen benachbarte der Leiterenden 6, 9 eingreifen können. Eine solche Stützeinrichtung kann für den Verlauf des Schränkprozesses vorgesehen sein, um sie nach Abschluss der Schränkung wahlweise wieder zu entfernen.
Gemäß 7 ist an dem Modulgehäuse 21 eine der jeweiligen Drehbiegeeinheiten 20a, ..., 20d zugeordnete Messeinrichtung 31 vorgesehen, die eingerichtet ist, eine Drehstellung des jeweiligen Drehverbinders 22a, ..., 22d der Drehbiegeeinheit 20a, ..., 20d beim Schränken zu detektieren.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie der Zeichnung offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der verschiedenen Ausführungen von Bedeutung sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2021/115787 A1 [0003]

Claims

Vorrichtung zum Schränken von Leiterenden einer Spulenwicklung für eine elektrische Maschine, mit: - einer Werkstückaufnahme (2), die eingerichtet ist, als Werkstück (3) eine Anordnung für eine elektrische Maschine aufzunehmen, bei der mit Drahtleitern gebildete Spulenelemente (5) für eine Spulenwicklung in Nuten eines Blechpakets (4) angeordnet sind und Leiterenden (6) der Spulenelemente (5) endseitig über das Blechpaket (4) überstehen; und - einem Biegewerkzeug (10), das eingerichtet ist, die Leiterenden (6) zu schränken, und mit einer ersten Drehbiegeeinheit (20a) gebildet ist, welche Folgendes aufweist: - einen ersten Drehverbinder (22a) mit einer ersten Verbinderaufnahme (26a) zum Verbinden mit ersten Leiterenden beim Schränken der Leiterenden (6), derart, dass ein über den ersten Drehverbinder (22a) bereitgestelltes Drehmoment auf die ersten Leiterenden übertragbar ist; und - eine erste Antriebseinrichtung (24a), die mit dem ersten Drehverbinder (22a) verbunden ist, derart, dass der erste Drehverbinder (22a) zum Schränken der ersten Leiterenden mittels einer von der ersten Antriebseinrichtung (24a) bereitgestellten Antriebskraft relativ zum Werkstück (3) an der Werkstückaufnahme (2) drehbar ist, wobei die erste Antriebseinrichtung (24a) zum Bereitstellen der Antriebskraft für den ersten Drehverbinder (22a) mit einem ersten Torquemotor (23a) gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Drehverbinder (22a) in Bezug auf den ersten Torquemotor (23a) radial innenliegend angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Drehverbinder (22a) mit einer inneren Hohlwelle des ersten Torquemotors (23a) verbunden ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Drehbiegeeinheit (20a) als Biegemodul mit einem scheibenförmigen Modulgehäuse (21) gebildet ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Drehbiegeeinheit (20a) eine erste Messeinrichtung (31) zugeordnet ist, die eingerichtet ist, eine Drehstellung des ersten Drehverbinders (22a) beim Schränken der ersten Leiterenden zu erfassen.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Biegewerkzeug (10) unterhalb der Werkstückaufnahme (2) angeordnet ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stützvorrichtung vorgesehen ist, die eingerichtet ist, die in den Nuten des Blechpakets (4) angeordneten Spulenelemente (5) beim Schränken zu stützen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützvorrichtung eine in Bezug auf die Leiterenden proximale Stützeinrichtung (30) aufweist, die eingerichtet ist, beim Schränken die ersten Leiterenden jeweils zu stützen, derart, dass die ersten Leiterenden jeweils über die proximale Stützeinrichtung (30) gebogen werden.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützvorrichtung eine in Bezug auf die Leiterenden distale Stützeinrichtung aufweist, die eingerichtet ist, beim Schränken die Spulenelemente (5) gegen ein Einziehen in die Nuten des Blechpakets (4) zu sichern.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Biegewerkzeug (10) mit mindestens einer zweiten Drehbiegeeinheit (14b) gebildet ist, welche Folgendes aufweist: - einen zweiten Drehverbinder (22b) mit einer zweiten Verbinderaufnahme (26b) zum Verbinden mit zweiten Leiterenden beim Schränken der Leiterenden (6), derart, dass ein über den zweiten Drehverbinder (22b) bereitgestelltes Drehmoment auf die zweiten Leiterenden übertragbar ist, wobei die zweiten Leiterenden von den ersten Leiterenden verschieden sind; und - eine zweite Antriebseinrichtung (24b), die mit dem zweiten Drehverbinder (22b) verbunden ist, derart, dass der zweite Drehverbinder (22b) zum Schränken der Leiterenden (6) mittels einer von der zweiten Antriebseinrichtung (24b) bereitgestellten Antriebskraft relativ zum Werkstück (3) an der Werkstückaufnahme (2) drehbar ist, wobei die zweite Antriebseinrichtung (24b) zum Bereitstellen der Antriebskraft für den zweiten Drehverbinder (22b) mit einem zweiten Torquemotor (23b) gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die mindestens eine zweite Drehbiegeeinheit (20a, 20b) übereinandergestapelt sind und der zweite Drehverbinder (22b) durch die erste Drehbiegeeinheit (20a) hindurch gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Drehverbinder (22a, 22b) zumindest abschnittsweise ineinander verlaufend angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Verbinderaufnahme (26a, 26b) in einer gemeinsamen Aufnahmeebene quer zu einer Stapelachse der übereinander gestapelten ersten und mindestens einen zweiten Drehbiegeeinheit (20a, 20b) angeordnet sind.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nachführeinrichtung vorgesehen ist, die eingerichtet ist, die Werkstückaufnahme (2) mit dem hieran aufgenommenen Werkstück (3) und das Biegewerkzeug (10) beim Schränken der Leiterenden (6) aufeinander zu zu bewegen.
Verfahren zum Schränken von Leiterenden einer Spulenwicklung für eine elektrische Maschine, mit: - Bereitstellen einer Werkstückaufnahme (2); - Anordnen einer Anordnung für eine elektrische Maschine als Werkstück (3) an der Werkstückaufnahme (2), wobei bei der Anordnung mit Drahtleitern gebildete Spulenelemente (5) für eine Spulenwicklung in Nuten eines Blechpakets (4) angeordnet sind und Leiterenden (6) der Spulenelemente (5) endseitig über das Blechpaket (4) überstehen; und - Schränken von ersten Leiterenden mittels einer ersten Drehbiegeeinheit (20a) eines Biegewerkzeugs (10), wobei hierbei Folgendes vorgesehen ist: - Verbinden der ersten Leiterenden mit einer ersten Verbinderaufnahme (26a) eines ersten Drehverbinders (22a), derart, dass ein über den ersten Drehverbinder (22a) bereitgestelltes Drehmoment auf die ersten Leiterenden übertragen wird; und - Drehen des ersten Drehverbinders (22a), der mit einer ersten Antriebseinrichtung (24a) der ersten Drehbiegeeinheit (20a) verbunden ist, mittels einer von der ersten Antriebseinrichtung (24a) bereitgestellten Antriebskraft relativ zum Werkstück (3) an der Werkstückaufnahme (2), wobei die erste Antriebseinrichtung (24a) zum Bereitstellen der Antriebskraft für den ersten Drehverbinder (22a) mit einem ersten Torquemotor (23a) gebildet ist.