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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Werkzeug sowie ein Verfahren zum Separieren und Ausrichten von mehreren parallel und nebeneinander angeordneten Drähten einer elektrischen Maschine, wobei sich das Werkzeug durch einen relativ einfachen konstruktiven Aufbau und eine relativ einfache Kinematik auszeichnet. Das erfindungsgemäße Werkzeug bzw. das Verfahren findet bevorzugt Anwendung zum Herstellen von Statoren von Elektromotoren.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2021 202 035 A1 ist ein Werkzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt. Das bekannte Werkzeug zeichnet sich durch eine Umformeinrichtung für die radial äußersten Drähte aus, die senkrecht zu einer Konusrichtung eines Separierkonus beweglich angeordnet ist. Diese konstruktive Gestaltung bewirkt einen in radialer Richtung in Bezug auf die Konusrichtung betrachtet relativ großen benötigten Bauraum der Vorrichtung. Weiterhin erfordert das Werkzeug typischerweise vollständig separate Antriebe für die Umformeinrichtung und die restlichen, zu bewegenden Elemente.
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Weiterhin ist es aus der
DE 10 2019 219 481 A1 bekannt, zum Separieren und Ausrichten sowie zum Biegen von Drähten ein und denselben Separierkonus zu verwenden, welcher nach dem Trennen der Drähte die Drähte in radialer Richtung in Bezug zu einer Längsachse nach außen verschiebt und dabei gegen einen äußeren Ring drückt.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Werkzeug zum Separieren und Ausrichten von mehreren parallel und nebeneinander angeordneten Drähten einer elektrischen Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist den Vorteil eines relativ kompakten Werkzeugs auf. Darüber hinaus ermöglicht das Werkzeug, den Separierungs- und Ausrichtprozess mit einer Vielzahl von in radialer Richtung in Bezug zu einer Längsachse angeordneten Drähten unabhängig voneinander auszuführen.
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Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, nach dem Separieren der Drähte mittels eines Separierkonus die radial äußersten oder die radial innersten Drähte durch ein parallel zu dem Separierkonus und dem Biegekonus bewegliches Formwerkzeug in Form eines Formkonus umzuformen. Wesentlich dabei ist, dass der Biegekonus und der Separierkonus sowie der Formkonus in derselben Richtung bewegt werden, wobei der Formkonus den Biegekonus und den Separierkonus radial umgibt.
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Vor dem Hintergrund der obigen Erläuterungen ist daher bei einem erfindungsgemäßen Werkzeug zum Separieren und Ausrichten von mehreren parallel und nebeneinander angeordneten Drähten einer elektrischen Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen, dass ein konzentrisch zu dem wenigstens einen Separierkonus oder dem wenigstens einen Biegekonus angeordneter Formkonus vorgesehen ist, der parallel zu einer Konusrichtung und zu einer Vorschubrichtung beweglich angeordnet ist, und der in Bezug zu einer Längsachse des Werkzeugs für radial innerste oder radial äußerste Drähte eine Formfläche für die Drähte aufweist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Werkzeugs sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des wenigstens einen Biegekonus weist dieser zum Separieren von Drähten einen keilförmigen Querschnitt auf. Dies hat den Vorteil, dass der Biegekonus gleichzeitig als Separierkonus für weitere Drähte verwendet werden kann. Der Biegekonus weist somit gleichzeitig die Funktionalität eines Separierkonus auf.
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Zur Erzielung der gewünschten Form der Drähte beim Ausrichtvorgang ist es vorgesehen, dass der Separierkonus und/oder der Biegekonus in unterschiedlichen Winkeln angeordnete Formflächen in Form von Seitenkanten für die Drähte aufweist.
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Das Separieren der einzelnen Drähte voneinander durch den jeweiligen Separierkonus lässt sich besonders einfach und sicher gestalten, wenn ein konzentrisch zu dem wenigstens einen Separierkonus und zu dem wenigstens einen Biegekonus angeordneter Aufweitkonus oder Reduzierkonus vorgesehen ist, der entlang der Konusrichtung beweglich ist, und der dazu ausgebildet ist, alle Drähte gleichzeitig radial nach außen oder nach innen umzubiegen.
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Insbesondere sind der Separierkonus und/oder der Biegekonus und/oder der Aufweitkonus oder der Reduzierkonus und/oder der Formkonus jeweils kreisringförmig ausgebildet. Dies ermöglicht es, alle beispielsweise an einem Stator vorgesehenen Drähte in einem einzigen Vorgang auszurichten bzw. umzubiegen.
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Weiterhin umfasst die Erfindung auch ein Verfahren zum Separieren und Ausrichten von mehreren parallel und nebeneinander angeordneten Drähten einer elektrischen Maschine, insbesondere mittels eines soweit beschriebenen erfindungsgemäßen Werkzeugs, wobei das Verfahren zumindest die beiden folgenden Schritte aufweist:
- Zunächst erfolgt ein Separieren von Drähten durch Einschieben eines Separierkonus mit einem keilförmigen Querschnitt parallel zu einer Konusrichtung zwischen zwei benachbarte Drähte. Anschließend erfolgt das Biegen von auf einer Seite des Separierkonus liegenden Drähten in eine durch den Separierkonus vorgegebene Form mittels eines Biegekonus, der parallel zu der Konusrichtung bewegt wird. Zuletzt erfolgt ein Umformen von radial innersten oder radial äußersten Drähten mittels eines konzentrisch zu dem wenigstens einen Separierkonus oder dem wenigstens einen Biegekonus angeordneten Formkonus, der parallel zur Konusrichtung des Separierkonus und zur Vorschubrichtung des Biegekonus bewegt wird.
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Eine bevorzugte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass zum Erzeugen einer (radialen) Lücke zwischen den Drähten für das Eintauchen des Biegekonus vorab der Separierkonus entgegen der ursprünglichen Konusrichtung um einen Wegbetrag angehoben wird. Diese Idee macht sich den Effekt zunutze, dass die Drähte typischerweise elastisch ausgebildet sind, d.h. nach dem Umbiegen beim Wegfallen einer äußeren Kraftbelastung in ihre ursprüngliche Form bzw. Richtung rückfedern, sodass durch das Anheben des Separierkonus (automatisch) eine Lücke entsteht, in die der Biegekonus anschließend leicht eintauchen kann.
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In bevorzugter Weiterbildung des zuletzt gemachten Vorschlags ist es vorgesehen, dass nach dem Eintauchen des Biegekonus in die Lücke zwischen den Drähten der Separierkonus wieder in Richtung der ursprünglichen Konusrichtung bewegt wird.
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Um nach dem Separieren und Ausrichten aller Drähte das Werkzeug außer Kontakt mit den Drähten zu bringen, ist es bevorzugt vorgesehen, dass das Anheben des Separierkonus und des Biegekonus in Richtung einer ursprünglichen Position entgegen der ursprünglichen Reihenfolge der Bewegung des Separierkonus und des Biegekonus erfolgt.
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Ganz besonders bevorzugt zur Erzielung eines sicheren Separierens der Drähte mit dem Separierkonus ist es, wenn vor dem Separieren der Drähte durch den Separierkonus alle Drähte mittels eines Aufweitkonus oder Reduzierkonus radial in Bezug zu einer Längsachse nach außen oder innen umgebogen werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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- 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einen Bereich von unseparierten Drähten einer elektrischen Maschine,
- 2 eine Detailseitenansicht von Drähten der 1 nach dem Separieren und
- 3 bis 11 jeweils in einem Teillängsschnitt, unterschiedliche Phasen des Separierens und Ausrichtens der Drähte in vereinfachten Darstellungen.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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Die 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer elektrischen Maschine 100 mit unseparierten Drähten 1. Dargestellt ist ein Stator 102 der elektrischen Maschine 100 mit einem Statorkern 104, der eine Vielzahl von in Umfangsrichtung am Stator 102 verteilten radialen Aussparungen 106 aufweist. In jeder der Aussparungen 106 befindet sich ein Isolierelement 108, insbesondere in Form eines Isolierpapiers. Innerhalb jedes Isolierelements 108 befindet sich ein Drahtpaket 5 mit mehreren Drähten 1. Im Detail weist jedes Drahtpaket 5 im Ausführungsbeispiel genau sechs Drähte 1 auf, die fluchtend zu einer Achse 4 angeordnet sind. Sämtliche Drähte 1 sind im unseparierten Zustand parallel zu einer Drahtrichtung 6 angeordnet. Zudem sind die Drähte 1 jedes Drahtpakets 5 jeweils entlang der radialen Richtung des Statorkerns 104 nebeneinander und unmittelbar aneinandergrenzend angeordnet.
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Jeder Draht 1 ist als Kupferdraht ausgebildet und weist eine Isolationslackschicht 7 an dessen Außenseite auf, um eine elektrische Isolierung des Drahts 1 auszubilden. Jeweils ein Drahtendbereich 8 jedes Drahtes 1 ist dabei unisoliert ausgebildet. Ferner weist jeder Drahtendbereich 8 optional eine Fase 9 auf, um das Einschieben der Drähte 1 in die Isolierelemente 108 zu vereinfachen und insbesondere auch um das nachfolgend beschriebene Separieren zu erleichtern. Die Drähte 1 sind dabei so angeordnet, dass diese bezüglich der Drahtrichtung 6 gestaffelt angeordnet sind, insbesondere derart, dass die Drähte 1 von radial innen nach radial außen betrachtet jeweils höher entlang der Richtung A enden.
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Die 1 zeigt einen Zwischenschritt eines Herstellverfahrens des Stators 102. Um den Stator 102 fertigstellen zu können, werden in einem nächsten Schritt die Drähte 1 voneinander separiert.
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Die 2 zeigt ein einzelnes Drahtpaket 5 nach dem Separieren. Dabei sind jeweils Drahtpaare 21, die jeweils zwei nebeneinanderliegende Drähte 1 umfassen, separiert. Im Detail liegt zwischen den Drahtendbereichen 8 von benachbarten Drahtpaaren 21 jeweils ein vordefinierter Abstand 19 vor. Dadurch können die einzelnen Drahtpaare 21, welche vorzugsweise separaten Phasen bezüglich einer elektrischen Stromübertragung beim Betrieb des fertiggestellten Stators 102 der elektrischen Maschine 100 zugeführt sind, bei nachfolgenden (in den Figuren nicht dargestellten) Verfahrensschritten der Herstellung des Stators 102 einfacher gehandhabt werden, insbesondere in Bezug auf eine Einhaltung minimal erforderlicher Luft- und Kriechstrecken. Insbesondere werden die Drahtpaare 21 nach dem Separieren geschränkt, d.h. verdrillt, und nach dem Schränken miteinander verschweißt.
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Wie in der 2 dargestellt ist, kann eines der Drahtpaare 21 unverformt aus dem Separieren hervorgehen, d.h., dass die Drähte 1 des in der 2 linken, also des radial innersten Drahtpaares 21 sich auch nach dem Separieren noch parallel zur Drahtrichtung 6 erstrecken. Die Drähte 1 der weiteren Drahtpaare 21 sind jeweils in eine S-Form umgeformt, sodass der sich innerhalb der Aussparung 106 befindliche Teil jedes Drahtes 1 sowie jeder Drahtendbereich 8 parallel zur Drahtrichtung 6 ist. Alternativ kann auch das bezüglich der radialen Richtung zweite Drahtpaar 21 unverformt bleiben, wobei das radial innerste Drahtpaar 21 nach radial innen umgeformt wird.
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Die Durchführung des Separierens und Ausrichtens der Drähte 1 mittels eines Werkzeugs 10 wird nachfolgend anhand der Figurenfolge der 3 bis 11 wie folgt erläutert.
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Das Werkzeug 10 umfasst einen in den 3 bis 5 erkennbaren, kreisringförmigen Aufweitkonus 12, der dazu ausgebildet ist, entlang einer Längsachse 14 des Werkzeugs 10 aus einer angehobenen, von den Drähten 1 beabstandeten Position in Richtung des Pfeils 16 abgesenkte Position bewegt zu werden, um die sechs Drähte 1 in Bezug zur Längsachse 14 insgesamt radial nach außen umzubiegen. Hierzu weist der Aufweitkonus 12 auf der den Drähten 1 zugewandten Seite eine in Bezug zur Längsachse 14 schräg angeordnete Kontaktfläche 17 auf.
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Ergänzend wird erwähnt, dass für den Fall, dass die Drähte 1 in Bezug zur Längsachse 14 radial nicht nach außen, sondern nach innen umgebogen werden sollen, anstelle eines Aufweitkonus 12 ein Reduzierkonus (nicht dargestellt) verwendet werden kann, der die Drähte 1 radial von außen umgibt, und der bei einer Abwärtsbewegung in Analogie zum Aufweitkonus 12 die Drähte 1 radial nach innen, d.h. in Richtung zur Längsachse 14, umbiegt.
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Weiterhin weist das Werkzeug 10 einen kreisringförmigen Separierkonus 18 auf, der im Falle der Verwendung eines Aufweitkonus 12 den Aufweitkonus 12 radial umgibt bzw. konzentrisch zur Längsachse 14 angeordnet ist. Der ebenfalls heb- und senkbar angeordnete Separierkonus 18 weist auf der den Drähten 1 zugewandten Seite einen keilförmigen Querschnitt bzw. einen keilförmigen Bereich 20 auf, der sich an einem entlang einer parallel zur Drahtrichtung 6 und zur Längsachse 14 verlaufenden Konusrichtung 22 am unteren Ende des Separierkonus 18 befindet.
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Im keilförmigen Bereich 20 weist der Separierkonus 18 zwei in einem spitzen Winkel α von etwa 10° angeordnete Seitenkanten 23, 24 als Formflächen auf. Eine erste Seitenkante 23 des Separierkonus 18 ist dabei parallel zur Konusrichtung 22 ausgerichtet.
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Entlang der Konusrichtung 22 oberhalb des keilförmigen Bereichs 20 angrenzend weist der Separierkonus 18 einen sich nach oben hin verjüngenden Bereich 25 (6) auf mit einer an die Seitenkante 24 angrenzenden Seitenkante 26. Die Seitenkante 26 ist in einem stumpfen Winkel β zur Seitenkante 24 angeordnet.
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Weiterhin weist das Werkzeug 10 eine Biegeeinrichtung 30 mit einem konzentrisch zum Separierkonus 18 angeordneten, kreisringförmigen Biegekonus 32 auf. Der Biegekonus 32 ist entlang einer Vorschubrichtung 34, die parallel zur Konusrichtung 22 und der Längsachse 14 verläuft, heb- und senkbar angeordnet.
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Der Biegekonus 32 weist auf der den Drähten 1 zugewandten Seite einen keilförmigen Bereich 36 mit zwei, in einem spitzen Winkel γ von etwa 10° angeordneten Seitenkanten 37, 38 auf. Die eine Seitenkante 37 verläuft dabei parallel zur Längsachse 14 bzw. zur Vorschubrichtung 34.
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Zuletzt weist das Werkzeug 10 einen den Biegekonus 32 radial umgebenden, parallel zur Konusrichtung 22 des Separierkonus 18 und zur Vorschubrichtung 46 des Biegekonus 32 heb- und senkbar angeordneten, kreisringförmigen Formkonus 40 auf, der beispielhaft auf der dem Biegekonus 32 zugewandten radial inneren Seite eine konzentrisch zur Längsachse 14 verlaufende, ebene Formfläche 42 für die Drähte 1 aufweist.
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Mit Blick auf die Figurenfolge der 3 bis 11 wird erläutert, dass in einem ersten Schritt entsprechend der 3 zunächst der Aufweitkonus 12 in Richtung des Pfeils 16 bewegt wird, um die Drähte 1 radial nach außen umzubiegen. Anschließend erfolgt entsprechend der 4 bei abgesenktem Aufweitkonus 12 ein Absenken des Separierkonus 18 in Richtung der Konusrichtung 22 bzw. des Pfeils 43, wobei der Separierkonus 18 jedoch noch nicht in Kontakt mit den Drähten 1 angeordnet ist. Hierzu erfolgt zunächst ein Anheben des Aufweitkonus 12 um einen gewissen Wegbetrag entsprechend des Pfeils 44 in der 5. Dies bewirkt, dass die beiden radial innersten Drähte 1 elastisch in Richtung zur Längsachse 14 rückfedern, sodass zwischen den beiden radial inneren Drähten 1 und den beiden radial mittleren Drähten 1 eine Lücke bzw. ein Spalt 45 entsteht.
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Entsprechend der 6 erfolgt anschließend ein Eintauchen des Separierkonus 18 durch Absenken des Separierkonus 18 in seiner Vorschubrichtung in Richtung des Pfeils 46 in den Spalt 45. Anschließend erfolgt ein Absenken des Biegekonus 32 derart, dass sich dieser mit seinem keilförmigen Bereich 36 knapp oberhalb des radial inneren Drahts 1 der beiden äußeren Drahtpaare 21 befindet (7). Anschließend erfolgt entsprechend der Darstellung der 8 ein Anheben des Separierkonus 18 um einen bestimmten Wegbetrag in Richtung des Pfeils 47, der es ermöglicht, dass die beiden mittleren Drähte 1 elastisch radial nach innen zurückfedern, sodass zwischen dem mittleren Drahtpaar 21 und dem radial äußeren Drahtpaar 21 ein weiterer Spalt 48 entsteht. In diesen Spalt 48 (8) taucht anschließend entsprechend der Darstellung der 9 der Biegekonus 32 ein, während gleichzeitig auch der Separierkonus 18 wieder nach unten bewegt wird.
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Das Absenken des Separierkonus 18 und des Biegekonus 32 erfolgt solange, bis diese ihre jeweilige axiale Endposition erreicht haben. Anschließend erfolgt entsprechend der Darstellung der 10 das Formen bzw. Biegen des radial äußersten Drahtpaares 21 durch Absenken des Formkonus 40 in Richtung des Pfeils 49. Sobald dieser Biegevorgang abgeschlossen ist, werden entsprechend der Darstellung der 11 in umgekehrter Reihenfolge zunächst der Formkonus 40, anschließend der Biegekonus 32, und zuletzt der Aufweitkonus 12 wieder in ihre obere, angehobene Position verfahren, in der diese außer Kontakt mit den Drähten 1 sind.
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Das soweit beschriebene Verfahren bzw. Werkzeug 10 können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So wird insbesondere erläutert, dass beispielsweise beim Vorhandensein von vier oder mehr Drahtpaaren 21, welche in radialer Richtung in unterschiedlichen Abständen zueinander angeordnet sind, nicht nur ein einziger Separierkonus 18, sondern mehrere Separierkonuse 18 verwendet werden können, wie dies in der
DE 10 2021 202 035 A1 dargestellt und erläutert ist, und die insofern Bestandteil dieser Anmeldung sein soll.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102021202035 A1 [0002, 0036]
- DE 102019219481 A1 [0003]
