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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Biegen eines Kupferflachdrahtes aus einem Kupferrohdraht zur Herstellung von Hairpins für den Einsatz in einem Stator eines Elektrofahrzeugs sowie einen Stator für den Einsatz in einem Elektrofahrzeug mit Hairpins aus einem Kupferrohdraht, gebogen über ein solches Verfahren bzw. mit einem solchen System.
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Zur Herstellung von Statoren mit Hairpin-Technologie für den Einsatz in Elektrofahrzeugen werden Kupferflachdrähte abgelängt und zu so genannten Hairpins gebogen. Die einzelnen Hairpins werden schließlich zur Herstellung der „Statorwicklungen“ in die Statornuten eines Blechpaketes eingefügt. Um qualitativ hochwertige Hairpins zu biegen, wird ein gerader Kupferflachdraht, bzw. ein gerade ausgerichteter Kupferflachdraht benötigt. Kupferflachdrähte werden jedoch in der Regel auf Rollen, so genannten Coils, zum Kunden transportiert und müssen zur Verwendung für die Herstellung von Hairpins erst einmal gerade gebogen werden. Ein solches Biegen von Kupferflachdrähten erfolgt hierbei in dafür vorgesehenen Richtapparaturen. Je nach Eigenschaft des für die Herstellung des gerade ausgerichteten Kupferflachdrahtes verwendeten Rohdrahtes wird die Richtapparatur spezifisch eingestellt. Das Einstellen der Richtapparatur erfolgt hierbei manuell über eine Verstellung von Richtrollen, in Abhängigkeit des Rohdrahtes und des Richtergebnisses. Der Rohdraht wird hierbei in zwei Ebenen (horizontal/vertikal) über mehrere Richtrollen ausgerichtet. Das Richtergebnis wird manuell anhand von Lehren und Messequipment bewertet. Die Verstellung der Richtrollen erfolgt ebenfalls manuell nach Erfahrung des Bedieners.
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Nachteiliger Weise ist die Herstellung der geraden Kupferflachdrähte umständlich, zeitaufwändig und teuer. Die Abhängigkeit von gut geschultem Personal macht die Herstellung zudem anfällig für Stillstandzeiten, wenn zeitweilig kein geschultes Personal verfügbar ist.
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Zwar sind aus dem Stand der Technik auch zumindest teilweise automatisierte Verfahren zur Herstellung von gerade ausgerichteten Kupferflachdrähten bekannt, jedoch fehlt es diesen Verfahren in der Regel an einer exakten Bestimmung aussagekräftiger Parameter eines Rohdrahtes zur exakten und zielgerichteten Einstellung einer Richtapparatur.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bzw. ein System vorzuschlagen, das auf einfache, schnelle, zuverlässige und kostengünstige Weise ein exaktes Biegen eines Kupferflachdrahtes aus einem Kupferrohdraht zur Herstellung von qualitativ hochwertigen Hairpins für den Einsatz in einem Stator eines Elektrofahrzeugs zu Verfügung stellt.
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Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie einen Stator mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen System sowie dem erfindungsgemäßen Stator und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Biegen eines Kupferflachdrahtes aus einem Kupferrohdraht zur Herstellung von Hairpins für den Einsatz in einem Stator eines Elektrofahrzeugs vorgesehen. Hierbei umfasst das Verfahren die Schritte eines Erfassens zumindest einer Eingangsgröße des Kupferrohdrahtes mittels einer Sensoreinheit, eines Bestimmens von Verstellwerten von Richtrollen einer Richtapparatur auf Basis der zumindest einen erfassten Eingangsgröße des Kupferrohdrahtes mittels einer Verarbeitungseinheit, eines Verstellens der Richtrollen der Richtapparatur auf Basis der Bestimmung mittels einer Steuereinheit, eines Biegens des Kupferrohdrahtes mittels der Richtapparatur mit den verstellten Richtrollen sowie eines Messens von Kennwerten des gebogenen Kupferflachdrahtes mittels einer Messeinheit. Hierbei zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch aus, dass die zumindest eine Eingangsgröße des Kupferrohdrahtes eine Isolationsschichtdicke des Kupferrohdrahtes ist.
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Erfindungsgemäß ist also das gegenständliche Verfahren dafür ausgelegt, durch die erfindungsgemäß vorgesehene Abfolge von Verfahrensschritten eine einfache, schnelle, zuverlässige, kostengünstige und exakt bestimmbare Biegung eines Kupferrohdrahtes zur Herstellung von hochwertigen Hairpins für den Einsatz in einem Stator eines Elektrofahrzeugs zu ermöglichen. Die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte können vorzugsweise in der vorgegebenen Reihenfolge durchgeführt werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass von der vorgegebenen Reihenfolge abgewichen wird. Insbesondere können bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens einzelne oder alle Schritte des Verfahrens wiederholt, bspw. zyklisch nacheinander ausgeführt werden. Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren zum Biegen eines Kupferflachdrahtes aus einem Kupferrohdraht kann das gegenständliche Verfahren zumindest teilweise automatisiert durchgeführt werden. Das minimiert den manuellen Aufwand und ermöglicht eine Herstellung, zumindest weitgehend unabhängig von Fachpersonal. Dies wiederum minimiert das Risiko für Stillstandzeiten bei der Produktion. Darüber hinaus kann schneller, kostengünstiger und qualitativ hochwertiger produziert werden. Insbesondere die Erkenntnis, dass die Bestimmung einer Isolationsschichtdicke eines verwendeten Kupferrohdrahtes bereits allein eine zuverlässige Einstellung einer Richtapparatur ermöglicht, macht eine erfindungsgemäß vorzugsweise vorgesehene Vereinfachung und/oder Automatisierung möglich.
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Erfindungsgemäß ist der Kupferrohdraht vorzugsweise ebenfalls in Form eines Flachdrahtes ausgebildet. Der Kupferrohdraht kann hierbei vorzugsweise in aufgewickelter Form als Coil vorliegen. Unter einer Isolationsschichtdicke kann im Rahmen der Erfindung vorzugsweise die Schichtdicke einer um den Kupferkern eines Kupferrohdrahtes angeordneten Isolationsschicht verstanden werden. Diese Isolationsschicht kann teilweise nicht ideal und einheitlich verteilt um den Kern des Kupferrohdrahtes angeordnet sein, sodass die Schichtdicke einer Isolationsschicht radial zum Kupferkern zumindest teilweise variieren kann. Eine solche „Fehlverteilung“ kann vorteilhafterweise durch das erfindungsgemäße Verfahren zumindest teilweise behoben werden. Unter den zu bestimmenden Verstellwerten können dabei insbesondere Verschiebeparameter bzw. Verschiebestrecken zur Positionierung von Richtrollen verstanden werden. Unter einem Elektrofahrzeug kann gegenständlich auch ein nur teilweise elektrisch betriebenes Fahrzeug, wie bspw. ein Hybridfahrzeug verstanden werden.
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Im Hinblick auf eine schnelle, einfache, kostengünstige und exakte Bestimmung einer Eingangsgröße des Kupferrohdrahtes kann gegenständlich insbesondere vorgesehen sein, dass das Erfassen zumindest einer Eingangsgröße des Kupferrohdrahtes mittels eines Lasermessverfahrens erfolgt, wobei das Lasermessverfahren vorzugsweise in Form einer Lasertriangulation ausgebildet ist. Die Sensoreinheit kann hierzu vorzugsweise einen Laser aufweisen oder in Form eines Lasers ausgebildet sein. Der Laser kann hierbei zudem vorzugsweise Licht einer Wellenlänge emittieren, für die die Isolationsschicht des Kupferrohdrahtes transparent ist, sodass vorliegend bspw. an einer Grenzfläche zwischen Luft und Isolationsschicht bzw. Isolationsschicht und Kupfer ein Signal empfangen werden kann. Das Verfahren der Lasertriangulation bietet hierbei insbesondere hohe Untersuchungsgeschwindigkeiten, eine hohe Messgenauigkeit und eine relativ einfache Generierung und Auswertung der erfassten Daten.
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Im Rahmen einer besonders aussagekräftigen Basis für die Bestimmung einer exakten und zielgerichteten Einstellung einer Richtapparatur kann es insbesondere von Vorteil sein, wenn neben einer Isolationsschichtdicke des Kupferrohdrahtes eine Lage eines Kupferkerns des Kupferrohdrahtes und/oder eine geometrische Abmessung des Kupferrohdrahtes als Eingangsgröße des Kupferrohdrahtes vorgesehen ist. Auf diese Weise kann die Einstellung einer Richtapparatur insbesondere auf Basis eines größeren Datensatzes erfolgen.
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Ebenso kann es im Hinblick auf eine konstruktiv einfache und exakt verstellbare Richtapparatur von Vorteil sein, wenn ein Verstellen der Richtrollen der Richtapparatur über Servomotoren erfolgt, wobei vorzugsweise jeder Richtrolle ein Servomotor zugeordnet ist. Die Anordnung eines Servomotors ermöglicht hierbei nicht nur eine besonders exakte Verstellung einer Richtapparatur, sondern eröffnet zudem die Möglichkeit einer automatisierten Ausführung einer Verstellung der Richtrollen.
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Um eine Einstellung bzw. eine Verstellung der Richtapparatur schnell und exakt überprüfen und ggf. anpassen zu können, kann es ferner von Vorteil sein, wenn das Messen mittels eines Lasermessverfahrens erfolgt, wobei das Lasermessverfahren vorzugsweise in Form einer Lasertriangulation ausgebildet ist. Auch hier bietet ein Lasermessverfahren, insbesondere in Form einer Lasertriangulation eine besonders schnelle, einfache, kostengünstige und exakte Überprüfung einer Einstellung bzw. eine Verstellung der Richtapparatur. Unter Kennwerten können im Rahmen der Erfindung vorzugsweise Gütekriterien bzw. Messwerte verstanden werden, die die Qualität der vorgenommenen Biegung beurteilen können, wie bspw. die Schichtdicke an allen vier Seiten, die Drahtabmaße oder der gerade Verlauf eines Drahtes über eine bestimmte Strecke hinweg. Es versteht sich vorliegend, dass einzelne oder alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auch mehrfach, bspw. zyklisch hintereinander ausgeführt werden können, insbesondere mit dem Zweck, für einen spezifischen Kupferrohdraht die beste Einstellung von Richtrollen einer Richtapparatur zu finden.
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Im Rahmen einer einfachen und zuverlässig implementierbaren Optimierung einer Einstellung von Richtrollen einer Richtapparatur, kann es vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass eine Regelungsroutine zur sukzessiven Optimierung der Einstellung der Richtrollen der Richtapparatur zur Biegung des verwendeten Kupferrohdrahtes vorgesehen ist, wobei die Regelungsroutine vorzugsweise ein Bestimmen von Verstellwerten der Richtrollen der Richtapparatur auf Basis der Kennwerte des gebogenen Kupferflachdrahtes und/oder ein Verstellen der Richtrollen der Richtapparatur auf Basis der Bestimmung mittels einer Steuereinheit umfasst. Auf diese Weise kann eine Einstellung fortlaufend optimiert bzw. angepasst werden, indem immer wieder nachgemessen und neu eingestellt wird.
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Im Rahmen einer besonders effektiven, insbesondere automatisierbaren Optimierung der Einstellung der Richtrollen der Richtapparatur kann es ferner von Vorteil sein, dass die Regelungsroutine auf Basis eines Regelungsmodells durchgeführt wird, wobei das Regelungsmodell vorzugsweise auf Basis von Machine-Learning Algorithmen und/oder einer KI erstellt wird.
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So hat es sich - wie vorliegend bereits ausgeführt - insbesondere im Hinblick auf eine einfache, schnelle und zuverlässig ausführbare Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Verfahren zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig automatisiert durchgeführt wird. Es versteht sich ferner, dass einzelne, mehrere oder alle der obligatorischen und optionalen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenständlich durch einen Computer implementiert werden können.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Computerprogramm zur Verfügung gestellt. Das Computerprogramm umfasst Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, das vorstehend im Detail beschriebene Verfahren auszuführen. Damit bringt das erfindungsgemäße Computerprogramm die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben worden sind. Das Computerprogramm kann als computerlesbarer Anweisungscode in jeder geeigneten Programmiersprache wie beispielsweise in JAVA oder C++ implementiert sein. Das Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Speichermedium wie einer Datendisk, einem Wechsellaufwerk, einem flüchtigen oder nichtflüchtigen Speicher, oder einem eingebauten Speicher/Prozessor abgespeichert sein. Der Anweisungscode kann einen Computer oder andere programmierbare Geräte wie ein Steuergerät derart programmieren, dass die gewünschten Funktionen ausgeführt werden. Ferner kann das Computerprogramm in einem Netzwerk wie beispielsweise dem Internet bereitgestellt werden bzw. sein, von dem es bei Bedarf von einem Nutzer heruntergeladen werden kann. Das Computerprogramm kann in Form von Software, oder in Form eines Computerprogrammprodukts mittels einer oder mehrerer spezieller elektronischer Schaltungen, d. h. in Hardware, oder in beliebig hybrider Form, d. h. mittels Software-Komponenten und Hardware-Komponenten, realisiert werden bzw. sein. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Speichermittel mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm bereitgestellt, wobei das Computerprogramm zum Durchführen eines wie vorstehend beschriebenen Verfahrens konfiguriert und ausgestaltet ist. Damit bringt auch das erfindungsgemäße Speichermittel die vorstehend beschriebenen Vorteile mit sich. Unter dem Speichermittel kann ein Datenträger wie ein Speicherstift, auf welchem das Computerprogramm gespeichert ist, verstanden werden.
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Darüber hinaus wird eine Steuereinheit mit einem darauf installierten Computerprogramm, das zum Durchführen eines wie vorstehend beschriebenen Verfahrens konfiguriert und ausgestaltet ist, bereitgestellt. Auch die erfindungsgemäße Steuereinheit bringt die vorstehend beschriebenen Vorteile mit sich.
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Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ferner ein erfindungsgemäßes System zum Biegen eines Kupferflachdrahtes aus einem Kupferrohdraht zur Herstellung von Hairpins für den Einsatz in einem Stator eines Elektrofahrzeugs, insbesondere zur Durchführung eines voranstehend beschriebenen Verfahrens. Hierbei umfasst das erfindungsgemäße System eine Sensoreinheit zum Erfassen zumindest einer Eingangsgröße in Form einer Isolationsschichtdicke des Kupferrohdrahtes, eine Verarbeitungseinheit zum Bestimmen von Verstellwerten von Richtrollen einer Richtapparatur auf Basis der zumindest einen erfassten Eingangsgröße des Kupferrohdrahtes, eine Steuereinheit zum Verstellen der Richtrollen der Richtapparatur auf Basis der Bestimmung sowie eine Richtapparatur mit verstellbaren Richtrollen zum Biegen des Kupferrohdrahtes sowie eine Messeinheit zum Messen von Kennwerten des gebogenen Kupferflachdrahtes. Damit bringt das vorstehend beschriebene System die gleichen Vorteile mit sich, wie sie bereits in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren, das erfindungsgemäße Computerprogramm oder die erfindungsgemäße Steuereinheit beschrieben worden sind.
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Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Stator für den Einsatz in einem Elektrofahrzeug, umfassend Hairpins aus einem Kupferrohdraht, gebogen über ein voranstehend beschriebenes Verfahren bzw. mittels eines voranstehend beschriebenen Systems.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
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Es zeigen schematisch:
- 1 die einzelnen Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Biegen eines Kupferflachdrahtes aus einem Kupferrohdraht zur Herstellung von Hairpins für den Einsatz in einem Stator eines Elektrofahrzeugs,
- 2 ein erfindungsgemäßes System zum Biegen eines Kupferflachdrahtes aus einem Kupferrohdraht zur Herstellung von Hairpins für den Einsatz in einem Stator eines Elektrofahrzeugs.
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1 zeigt die einzelnen Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Biegen eines Kupferflachdrahtes 4 aus einem Kupferrohdraht 4' zur Herstellung von Hairpins für den Einsatz in einem Stator eines Elektrofahrzeugs.
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Hierbei umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die Schritte eines Erfassens 100 zumindest einer Eingangsgröße des Kupferrohdrahtes 4' in Form einer Isolationsschichtdicke mittels einer Sensoreinheit 6, eines Bestimmens 200 von Verstellwerten von Richtrollen 8 einer Richtapparatur 10 auf Basis der zumindest einen erfassten Eingangsgröße des Kupferrohdrahtes 4' mittels einer Verarbeitungseinheit 12, eines Verstellens 300 der Richtrollen 8 der Richtapparatur 10 auf Basis der Bestimmung mittels einer Steuereinheit 14, eines Biegens 400 des Kupferrohdrahtes 4' mittels der Richtapparatur 10 mit den verstellten Richtrollen 8 sowie eines Messen 500 von Kennwerten des gebogenen Kupferflachdrahtes 4 mittels einer Messeinheit 18.
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Das Erfassen 100 zumindest einer Eingangsgröße des Kupferrohdrahtes 4' mittels einer Sensoreinheit 6 und/oder das Messen 500 von Kennwerten des gebogenen Kupferflachdrahtes 4 mittels einer Messeinheit 18 können vorliegend vorzugsweise mittels eines Lasermessverfahrens, insbesondere mittels einer Lasertriangulation erfolgen.
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Neben einer Isolationsschichtdicke des Kupferrohdrahtes 4` kann zudem eine Lage eines Kupferkerns des Kupferrohdrahtes 4' und/oder eine geometrische Abmessung des Kupferrohdrahtes 4' als Eingangsgröße des Kupferrohdrahtes 4' vorgesehen sein.
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Ein Verstellen 300 der Richtrollen 8 der Richtapparatur 10 erfolgt vorliegend ferner über Servomotoren 16, wobei vorzugsweise jeder Richtrolle 8 ein Servomotor 16 zugeordnet ist.
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Darüber hinaus kann vorteilhafterweise eine Regelungsroutine zur sukzessiven Optimierung der Einstellung der Richtrollen 8 der Richtapparatur 10 zur Biegung des verwendeten Kupferrohdrahtes 4' vorgesehen sein, die vorzugsweise ein Bestimmen 200 von Verstellwerten der Richtrollen 8 der Richtapparatur 10 auf Basis der Kennwerte des gebogenen Kupferflachdrahtes 4 und/oder ein Verstellen 300 der Richtrollen 8 der Richtapparatur 10 auf Basis der Bestimmung mittels einer Steuereinheit 14 umfasst.
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Die Regelungsroutine kann bspw. auf Basis eines Regelungsmodells durchgeführt werden, das vorzugsweise auf Basis von Machine-Learning Algorithmen und/oder einer KI erstellt wird.
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Das gegenständliche Verfahren kann ferner zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig automatisiert ausgeführt werden.
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2 zeigt ein erfindungsgemäßes System 2 zum Biegen eines Kupferflachdrahtes 4 aus einem Kupferrohdraht 4' zur Herstellung von Hairpins für den Einsatz in einem Stator eines Elektrofahrzeugs.
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Wie gemäß 2 zu erkennen ist, umfasst das erfindungsgemäße System 2 eine Sensoreinheit 6 zum Erfassen 100 zumindest einer Eingangsgröße in Form einer Isolationsschichtdicke des Kupferrohdrahtes 4`, eine Verarbeitungseinheit 12 zum Bestimmen 200 von Verstellwerten von Richtrollen 8 einer Richtapparatur 10 auf Basis der zumindest einen erfassten Eingangsgröße des Kupferrohdrahtes 4`, eine Steuereinheit 14 (mit Servomotoren 16) zum Verstellen 300 der Richtrollen 8 der Richtapparatur 10 auf Basis der Bestimmung, eine Richtapparatur 10 mit verstellbaren Richtrollen 8 zum Biegen 400 des Kupferrohdrahtes 4' sowie eine Messeinheit 18 zum Messen 500 von Kennwerten des gebogenen Kupferflachdrahtes 4. Wie vorliegend erkennbar, sind die einzelnen Einheiten oder Vorrichtungen (12, 14, 6, 18, 10) zur Datenkommunikation und Ansteuerung mittels Steuerleitungen 20 miteinander verbunden. Es versteht sich, dass alternativ auch eine drahtlose Ansteuerung und/oder Kommunikation denkbar wäre.
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Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
