EP3622614A1 - Verfahren und vorrichtung zum umformen von u-förmigen elektrischen leitern - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum umformen von u-förmigen elektrischen leitern

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Publication number
EP3622614A1
EP3622614A1 EP18724231.8A EP18724231A EP3622614A1 EP 3622614 A1 EP3622614 A1 EP 3622614A1 EP 18724231 A EP18724231 A EP 18724231A EP 3622614 A1 EP3622614 A1 EP 3622614A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
leg
clamping
electrical conductor
clamping device
axis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18724231.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Pier VAI
Angiolino BENEDETTI
Crescini SILVANO
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gehring Technologies GmbH and Co KG
Original Assignee
Gehring E Tech GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gehring E Tech GmbH filed Critical Gehring E Tech GmbH
Publication of EP3622614A1 publication Critical patent/EP3622614A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/04—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of windings, prior to mounting into machines
    • H02K15/0414—Windings consisting of separate elements, e.g. bars, hairpins, segments, half coils
    • H02K15/0421—Windings consisting of separate elements, e.g. bars, hairpins, segments, half coils consisting of single conductors, e.g. hairpins
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P19/00—Machines for simply fitting together or separating metal parts or objects, or metal and non-metal parts, whether or not involving some deformation; Tools or devices therefor so far as not provided for in other classes
    • B23P19/02—Machines for simply fitting together or separating metal parts or objects, or metal and non-metal parts, whether or not involving some deformation; Tools or devices therefor so far as not provided for in other classes for connecting objects by press fit or for detaching same
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K37/00—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors

Definitions

  • the invention relates to a method and apparatus for forming a U-shaped and in cross-section angular electrical conductor to a hairpin, which is used for the production of a rod winding of an electric machine, wherein the electrical conductor before the
  • Forming process has two mutually parallel legs which integrally by means of a connecting leg
  • the term "electric machine” only electric motors and electrical Generators understood that convert electrical energy into mechanical energy or mechanical energy into electrical energy. From DD 47 392 Bl it is known that so-called rod windings are used to produce the winding of high-performance electrical machines.
  • Rod windings consist of a large number of solid rods made of a material with good electrical conductivity. After insertion into the grooves of armature or stator lamination packages, the rods are connected to one another such that they form at least one winding strand, depending on the design.
  • the rods used for the construction of a rod winding can have a largely U-shaped geometry, in which two parallel legs are integrally connected to each other by means of a connecting leg.
  • Stator laminated core can be used in radially offset grooves, the known from GB 200,469 B U-shaped rods in the region of these connecting legs from an offset range in which the U-shaped rod is twisted in itself, as will be explained with reference to an embodiment.
  • EP 2 710 715 B1 it is known from EP 2 710 715 B1 that, in a conventional method for producing hairpins, first the rod-shaped electrical conductors are their
  • EP 2 710 715 B1 proposes a device and a method for producing hairpins for electrical machines, in which the use of shaping tools in favor of others, according to This assessment is also unfavorable
  • Forming tools and process steps is omitted.
  • the invention has for its object to provide a method and apparatus with which generic hairpins are cheaper to produce than before.
  • the device should be constructed such that it is manually operated in the simplest case, but also automatically
  • the invention was based on the finding that a twisted geometry of the connecting portion of a U-shaped electrical conductor, which ensures the same installation in a bar winding of a stator or armature of an electric machine, thereby comparatively easy to produce by first in a preferably first step two mutually parallel and clamped legs of the U-shaped electrical conductor close to the connecting leg and together with this be pivoted approximately perpendicular to that plane plan, which is designed to be clamped between the two parallel legs, and that in a necessary second step then one of the two mutually parallel legs is moved away along with the connecting leg on a circular path of the other, immovably held leg.
  • a twisted geometry of the connecting portion of a U-shaped electrical conductor which ensures the same installation in a bar winding of a stator or armature of an electric machine, thereby comparatively easy to produce by first in a preferably first step two mutually parallel and clamped legs of the U-shaped electrical conductor close to the connecting leg and together with this be pivoted
  • the invention accordingly relates to a method for forming a U-shaped and rectangular in cross-section electrical conductor, which is used for the production of a bar winding of an electric machine, wherein the electrical conductor before the forming process has two mutually parallel legs through a connecting leg are integrally connected to each other, and in which the three legs are arranged in an imaginary, plan level.
  • Clamping device is held stationary, that then the second leg moves away on a circular path of the first leg while the connecting leg is stretched, and that simultaneously or temporally following a forming section of the electrical conductor on a
  • the first clamping device and the twisting guide element are arranged in a fixed relative position to each other.
  • the guide surface is designed so that after completion of the forming process, the hairpin has the desired shape and the transitions between the various sections of the electrical conductor are as round as possible and have the largest possible radii of curvature in order to minimize the local deformation of the wire and any protective varnish.
  • the guide surface is usually one
  • clamped leg is moved on a circular path, d he second leg rotated about its longitudinal axis, so that, for example, in a cuboidal cross-section of the two legs whose broad and narrow sides are no longer aligned parallel to each other.
  • Circular portion thereof in the circumferential direction and radially offset from each other are formed.
  • Verwindungs Exselements and their radial arrangement and pitch-related positioning in the path of movement of the second leg or connecting leg produce the desired deformation of the
  • Actuators can, with the method according to the invention in terms of their dimensions and geometry very different generic electrical conductors, so so called hairpins, are produced automatically and without the change of molds cost.
  • the axis of rotation of the pivot arm is present
  • Guide surface of the twisting guide member is moved, which has a first surface portion which is formed close to the second leg and on which the radius of the circular path meets, on which the second
  • Connecting leg is deformed into a slightly S-shaped geometry, while something projecting from the imaginary plan plane, which had the U-shaped electrical conductor before the beginning of the forming process.
  • connection region between the connecting leg and the second leg advantageously relieved something, because then this formulating process is then also schlußschenkelahes
  • Another development of the method according to the invention provides that the second leg is moved on a circular path whose axis of rotation parallel to the
  • Connecting leg is taken. This additional method step relieves the transition region between the first leg and the connecting leg mechanically in the then subsequent forming of the connecting leg by means of the twisting guide element.
  • Twisting guide element before the production of a series of twisted, U-shaped electrical conductors so radially in relation to the axis of rotation of the pivot arm and pivoted about a parallel to the axis of rotation of the pivot arm aligned pivot axis of the torsion guide is pivoted that a certain orientation of the two parallel legs to each other and a certain deformation of the
  • the forming process may, according to one example, comprise at least the following process steps:
  • Forming portion of the first leg which is formed close to the connecting leg, away from the imaginary planar plane of the electrical conductor
  • This device has mutually parallel legs, which are integrally connected by means of a connecting leg.
  • This device has at least the following:
  • Clamping device by means of which the first leg can be clamped to the device frame
  • a pivoting arm rotatable about an axis of rotation, wherein this axis of rotation is aligned parallel to the first leg of the electrical conductor
  • said guide surface having a first surface portion near the second leg, to which the radius of a circular path meets, on which the second leg is moved upon rotation of the pivotal arm,
  • the device rack does not have to be stationary. It is important that the first clamping device on the
  • Device rack is arranged so that the first leg does not move relative to the device frame during the pivoting movement. The same goes for the
  • the second leg is on the pivot arm in such a way
  • the device frame carries out the pivoting movement with the twisting guide element and not the swivel arm (kinematic reversal). It is also possible that a part of the pivoting movement of the
  • the first clamping device and the second clamping device carry the same during the pivoting operation
  • Relative movement (s) and the twisting guide element is arranged with respect to one of the two clamping device in a fixed relative position, so that the hairpins in according to the invention from the U-shaped electrical conductors (um-) are formed.
  • this forming device can be provided that the two clamping devices each have a first or a third
  • Actuating device whose actuators, the first leg of the electrical conductor directly or indirectly against a clamping base on the device frame
  • Actuators are preferably by means of a
  • Clamping device and / or on the second clamping device in each case a second adjusting device is present, by means of which the connecting portion of the electrical conductor after clamping the first leg and / or the second leg of the imaginary plane plane between the two parallel legs is bendable away, preferably in the direction of the device frame.
  • Clamping devices each having a clamping piece, which are designed for clamping engagement with the respectively associated leg of the electrical conductor, and that the clamping piece of the first clamping device at its side facing the first leg side has such a shoulder that when clamping the first leg to the associated Clamping base at the same time the forming section of the first leg with entrainment of the connecting portion of the electrical conductor from the imaginary plane plane between the two parallel legs towards
  • Device frame is bendable.
  • the pivoting arm directly or via at least one lever with an actuator of a fourth adjusting device
  • Twist guide element is pivotable about a pivot axis and axially slidably mounted with respect to its longitudinal direction of the device frame.
  • the twisting guide member with an actuator of a fifth adjusting device
  • twisting guide element is pivotable about a pivot axis and / or displaceable with respect to its longitudinal extension direction. It can further be provided that on the
  • Connecting portion of the electrical conductor is used in a clamping of the two mutually parallel legs.
  • This shim is preferably connected to an actuator of a sixth adjusting device, by means of which the shim is pivotable about a pivot axis such that it is directly about the correct position of the connecting portion of the electrical conductor prior to clamping thereof pivoted.
  • the axis of rotation of the pivot arm or its pivot bearing is arranged locally adjustable on the device frame.
  • the adjustment range is defined by a coordinate system having two mutually perpendicular geometrical axes which are perpendicular to the longitudinal axis of the stationary clamped first leg of the U-shaped wire are aligned.
  • Actuators are designed as fluid-operated actuators whose control valves via
  • Control lines are connected to a control device.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a known bending device, by means of which a U-shaped electrical conductor can be bent from a wire,
  • FIG. 3 shows the electrical conductor according to FIG. 2 with a division of its functional sections
  • FIG. Fig. 5 is a simplified schematic representation of a forming device according to the invention in one
  • FIG. 6 shows the forming device according to FIG. 5 in a schematic side view C in the starting position with a view of the stationarily arranged first leg of the electrical conductor, FIG.
  • FIG. 7 shows the forming device according to FIG. 5 during a first contact of the second leg of the electrical conductor with a twisting guide element
  • FIG. 10 shows the forming device according to FIG. 5 with a stop for adjusting the pinching position of FIG
  • FIG. 11 shows the forming device according to FIG. 10 in a schematic side view with the stop, FIG.
  • FIG. 12 shows the forming device according to FIG. 5 with an adjustable pressure piece by means of an actuator, by means of which a forming section of the first leg can be acted on, FIG.
  • FIG. 13 shows the forming device according to FIG. 12 in a schematic side view, in which also the actuator can be seen, which acts on the pressure piece
  • 14 shows a detailed view of the guide surface of the twisting guide element according to FIGS. 5 to 13
  • FIG. 15 shows a schematic side view of the first clamping device, which has a stepped clamping piece
  • FIG. 16 shows one of the features of the invention
  • Forming device in a plan view, shown with an electrical conductor clamped there, in a non-actuated position,
  • FIG. 17 shows the forming device according to FIG. 16 in a plan view after initial deformation of the first leg of the electrical conductor
  • Forming device in a plan view after a final deformation of the electrical conductor to a hairpin and
  • FIG. 19 shows a reduced representation of FIG. 16 for explaining the relative position of the axis of rotation of FIG.
  • Leader. 1 shows a schematic representation of a bending device 1 * known per se, by means of which a U-shaped electrical conductor 6 can be bent out of a wire 2.
  • the wire 2 is fed to a first roller 3 and bent around the surface of the first roller 3 in a circular segment shape by means of a second roller 4.
  • the wire 2 by means of a
  • bent wire 2 only after its final
  • Shaping must be handled as a single part.
  • the electrical conductor 6 has a largely semicircular connecting leg 9, which integrally connects the two mutually parallel legs 7, 8.
  • the three legs 7, 8, 9 of the electrical conductor 6 are such to each other
  • Such an electrical conductor 6 serves as a preliminary product for producing a hairpin 19 shown in FIG. 4, whose legs 7, 8, 9 no longer lie in the same imaginary plane 10.
  • the electrical conductor 6 must be reshaped, the
  • Connecting leg 9 is performed so that the two other legs 7, 8 is still a straight
  • the electrical conductor 6 has a rectangular, preferably cuboid cross-sectional geometry.
  • FIG. FIG. 4 shows one designed as a hairpin 19
  • Legs 7, 8 each have a narrow longitudinal side 15, 17 and a wide longitudinal side 14, 16 have.
  • the narrow longitudinal sides 17 and the wide longitudinal sides 14 of the first leg 7 in other directions than the narrow longitudinal sides 15 and the wide
  • Connecting leg 9 formed accordingly.
  • the connecting leg 9 as shown in Fig. 4, a roof-shaped tip 20 or a flat curved
  • the electrical conductor 6 in the connecting region of the connecting leg 9 has a first forming section 11 and a second forming section 11 ', which also has a connecting loop
  • Section of the two mutually parallel legs 7, 8 include. Farther to the free end, the two parallel legs 7, 8 each have a clamping portion 12, 12 ', which for clamping in an inventive Forming device 1 are provided. This is then followed in each case by a lower section 13, 13 'which extends up to the respective free end of the two parallel ones
  • FIGS. 5 to 13 and 16 to 18 show, respectively, seen from different viewing directions and in FIG.
  • Forming device 1 by means of a U-shaped
  • electrical conductor 6 can be converted to a hairpin 19, which looks similar to that of FIG. 4.
  • FIGS. 16 to 18 each best show the overall structure of the forming device 1 in a schematic plan view. Accordingly, the forming device 1, a device frame 21, which all essential
  • the first clamping base 22 associated with the first clamping device A is fixed to the device frame 21 or integral with it, and serves as an abutment in clamping the first leg 7 of the U-shaped electrical conductor 6.
  • the clamping of this first leg 7 is effected by means of a first Clamping piece 23 which is formed or fixed to the free end of an actuator of a first adjusting device 32.
  • This first adjusting device 32 is designed as Axialaktuator.
  • a second adjusting device 33 also designed as an axial actuator, which is shown only in FIG. 13 and described later, can likewise be arranged at the location of the second clamping device A.
  • the first adjusting device 32 as well as all other, still to be mentioned adjusting devices are preferably designed as electromotive actuators. But they can also be hydraulic or pneumatic actuators. The respective actuator of the actuators can be moved axially or rotationally.
  • Clamping base 24 is a component of a pivoting arm 27 which, according to FIGS. 16 to 18, is pivotably mounted about an axis of rotation 41 on the device frame 21
  • this is the second one
  • Clamping base 24 is formed as a recess on the pivot arm 27, which forms a portion of
  • the second clamping base 24 thus serves as an abutment when clamping the second leg 8 of the U-shaped electrical conductor 6 on the pivot arm 27. The clamping of this second
  • Leg 8 is effected by means of a second clamping piece 25 which is formed or fixed to the free end of an actuator of a third adjusting device 34.
  • This third adjusting device 34 is also an axial actuator educated.
  • the housing of this third adjusting device 34 is fixedly connected via a connecting structure 61 with the pivot arm 27, as shown schematically.
  • the pivot arm 27 is attached via a lever 38 and joints 39, 40 to an actuator 37 of a fourth adjusting device 36 ', which also serves as Axialaktuator
  • Actuator 36 'leads to a pivoting movement of the pivot arm 27 about its axis of rotation 41 according to the
  • the fourth actuator 36 is designed as a rotary actuator with a rotation axis 28, and that the rotary actuator 36 forms the pivot bearing of the pivot arm 27.
  • a rod-shaped twisting guide member 30 is fixed to the apparatus frame 21.
  • the attachment of this twisting guide member 30 is in the illustrated embodiment such that the
  • adjusting axis 49 Arranged perpendicular thereto adjusting axis 49 is pivotally mounted (see local double arrows).
  • An axial adjustment of the twisting guide element 30 is preferably carried out by means of at least a fifth
  • Actuator 47 which is designed as Axialaktuator and via an actuator 48 with the
  • Twist guide member 30 is connected. To the leadership the axial displacement of the twisting guide member 30 has this in the illustrated embodiment, a slot 50 which is penetrated by a screwed in the device frame 21 screw.
  • Reference numeral 18 indicates an angle of attack, according to which the twisting guide member 30 is alignable.
  • the setting angle to be set and the axial position of the effective for the deformation of the electrical conductor 6 axial end of the twisting guide member 30 are dependent on the dimensions of the electrical conductor to be deformed 6 as well as the one to be achieved
  • the twisting guide member 30 has at its
  • Swing arm 27 is moved along a circular path 42 which is at least partially radially within the range of the guide surface 31 of the twisting guide member 30.
  • Fig. 18 shows how, as a result of such a forming process from the U-shaped electrical conductor 6, a hairpin 19 has been formed for producing a bar winding of a stator or armature of an electric Machine can be used.
  • the Guide surface 31 is designed so that after completion of the forming process, the hairpin has the desired shape and the transitions between the various sections 12, 12 ', 11, 11' of the electrical conductor 6 are as round as possible to the local deformation of the wire and possibly one minimize existing protective coatings.
  • the guide surface 31 is usually a free-form surface.
  • the forming device 1 can also have a dial 43, which is fastened to the device frame 21 so as to be pivotable about an off-center pivot axis 44.
  • the pivoting of the dial 43 is accomplished by means of a sixth actuator 51, which
  • Pivoting directions 45 are indicated by a double arrow
  • FIG. 16 shows that all adjusting devices 32, 33, 34, 36, 36 ', 47, 51 of the forming device 1 are connected via dashed control lines to a control device 60, which commands the actuation of these actuators. Its decisions are made by the control device 60, preferably on the basis of sensor information that is not shown
  • the described forming device 1 can with a
  • FIGS. 5 to 15 schematically illustrate a forming device 1 which is substantially identical to the forming device 1 shown in FIGS. 16 to 18. Only the fourth setting device 36 'operating the pivoting arm 21 is shown in FIGS 15 to simplify the drawing as a rotary actuator 36, so for example as a
  • Figures 5 and 6 show an initial situation in which a U-shaped electrical conductor 6 with its two mutually parallel legs 7, 8 in a
  • Forming device 1 designed according to the invention
  • Fig. 6 shows in a side view C of the forming device 1, that the first leg 7 between the first clamping base 22 and the first pressure piece 23 of the first actuator 32 is arranged, and that designed as Axialaktuator first actuator 32 with the actuator 35 according to the local direction arrow presses against the first leg 7.
  • Fig. 7 shows a second operating situation of
  • Forming device 1 in which the pivot arm 27 by means of the fourth adjusting device 36 so far around his
  • Swivel axis 28 has been pivoted that the electric Head 6, the guide surface 31 of the protruding here from the plane of the twisting guide element 30 just touched.
  • the electrical conductor 6 was in the area of his
  • Forming device 1 in an operating situation in which the desired deformation of the electrical conductor. 6
  • the guide surface 31 of the twisting guide member 30 is designed for such and in relation to the circular path 42nd of the first leg 7 positions the electrical conductor 6 on the first contact with the twisting guide element 30 after the first contact shown in FIG
  • Guide surface 31 is deflected and then bent with deformation of the second deformation portion 11 'with respect to the circular path 42 radially outward. This gives the second deformation portion 11 'of the electrical conductor 6, the geometry of a generic hairpin 19, which is suitable for producing a rod winding of a stator or armature of an electric machine.
  • the geometry of the hairpin 19 depends inter alia on how large the radius of the circular path 42, to which the second leg 8 is moved during a pivoting movement of the pivot arm 27.
  • the geometry of the hairpin 19 to be produced is determined by how far the
  • Guide surface 31 of the twisting guide member 30 extends radially inwardly and radially outside of said circular path 42 of the second leg 8.
  • Verwindungs units 30 has a second leg 8 of the electrical conductor 6 near first surface portion 53 which is disposed radially within the circular path 42 of the second leg 8, and that the
  • Forming device 1 according to the invention described. According to FIGS. 10 and 11, the forming device 1 can have a dial instead of the dial 43 shown in FIG. 16
  • This stop 29 is in the example shown in Figures 10 and 11 by the free end of the actuator 59 of a seventh
  • Adjusting device 58 is formed, which is also designed here as an axial actuator whose rod-shaped
  • Actuator 59 can be adjusted toward the upper end (tip 20) of the connecting leg 9.
  • FIGS. 12 and 13 show a variant already indicated further above, in which a total of two in the region of the first clamping device A are used
  • Axialactuators trained adjusting devices 32, 33 are arranged.
  • the first adjusting device 32 as already described, the first leg 7 of the electrical conductor 6 is fixed in place on the device frame 21.
  • a pressure piece 26 of the second adjusting device 33 presses on this forming portion 11 of the first leg 7, which is close to the
  • Connecting leg 9 is formed.
  • Twisted guide element 30 are favored.
  • FIG. 12 shows that also in the area of the third
  • Adjusting device 34 such a second adjusting device 33 'may be arranged, which can press with a pressure piece 26' against the forming portion 11 'of the second leg 8 and against the adjacent portion of the connecting leg 9 in order to bend this area slightly towards the device frame 21 ,
  • FIG. 15 shows that a similar deformation process can also be carried out with the first adjusting device 32 if its clamping piece 23 * has a step 56 in the direction of the electrical conductor 6.
  • Fig. 18 shows that the axis of rotation 41 of
  • the axis of rotation 41 of the pivot arm 27 or its pivot bearing takes place on the device frame 21
  • the actuator for example, by a fluid pressure medium or electrically actuated.
  • Rotation axis 41 of the pivot arm 27 and its pivot bearing on the device frame 21 may
  • Device 1 easy to transform differently sized U-shaped wires 6 to hairpins with different
  • FIG. 19 is based on FIG. 17, in which the legs 7, 8 of the electrical conductor are already attached to the first clamping base 22 and the second clamping base 24
  • Fulcrum 41 to the left of the limited by the lines 67, 69 area.
  • Fulcrum 41 lie within the area become wider. This results when in the figure 18 the

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (1) zum Umformen eines U-förmigen elektrischen Leiters (6) zu einen hairpin (19), welcher für die Herstellung einer Stabwicklung einer elektrischen Maschine verwendbar ist, wobei der elektrische Leiter (6) vor dem Umformvorgang zwei zueinander parallele Schenkel (7, 8) aufweist, die mittels eines Verbindungsschenkels (9) einstückig miteinander verbunden sind, und bei dem die drei Schenkel (7, 8, 9) in einer gedachten Ebene (10) angeordnet sind. Um die Umformung des elektrischen Leiters (6) zu einem hairpin (19) kostengünstig durchführen zu können, ist verfahrensgemäß vorgesehen, dass zunächst die beiden zueinander parallelen Schenkel (8, 9) in jeweils einer Klemmvorrichtung (A, B) festgeklemmt werden, dass dann der erste Schenkel (7) zusammen mit der ersten Klemmvorrichtung (A) ortsfest festgehalten wird, dass dann der zweite Schenkel (8) auf einer Kreisbahn (42) von dem ersten Schenkel (7) wegbewegt sowie dabei der Verbindungsschenkel (9) gestreckt wird, und dass gleichzeitig oder zeitlich nachfolgend ein Umformabschnitt (11') des elektrischen Leiters (6) auf einer Führungsfläche (31) eines Verwindungsführungselements (30) bewegt wird, welche über die Kreisbahn (42) radial hinaus ragt.

Description

Titel: Verfahren und Vorrichtung zum Umformen von U- förmigen elektrischen Leitern
Beschreibung
Die Erfindung betrifft Verfahren und eine Vorrichtung zum Umformen eines U-förmigen sowie im Querschnitt eckigen elektrischen Leiters zu einen hairpin, welcher für die Herstellung einer Stabwicklung einer elektrischen Maschine verwendbar ist, wobei der elektrische Leiter vor dem
Umformvorgang zwei zueinander parallele Schenkel aufweist, die mittels eines Verbindungsschenkels einstückig
miteinander verbunden sind, und bei dem die drei Schenkel in einer gedachten, planen Ebene angeordnet sind.
Im Zusammenhang mit der Erfindung werden unter dem Begriff „elektrische Maschine" nur Elektromotoren und elektrische Generatoren verstanden, welche elektrische Energie in mechanische Energie oder mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln. Aus der DD 47 392 Bl ist es bekannt, dass zur Herstellung der Wicklung von leistungsstarken elektrischen Maschinen sogenannte Stabwicklungen genutzt werden. Diese
Stabwicklungen bestehen aus einer Vielzahl von massiven Stäben aus einem elektrisch gut leitenden Material. Die Stäbe werden nach deren Einsetzen in die Nuten von Ankeroder Statorblechpakete derart miteinander verbunden, dass sie je nach Ausführung wenigstens einen Wicklungsstrang bilden . Gemäß einer aus der GB 200,469 B bekannten Ausführungsform können die für den Aufbau einer Stabwicklung genutzten Stäbe eine weitgehend U- förmige Geometrie aufweisen, bei denen zwei zueinander parallele Schenkel mittels eines Verbindungsschenkels einstückig miteinander verbunden sind. Dabei ist die Querschnittsgeometrie der Schenkel
rechteckig. Derartige Stäbe sind auch als sogenannte hairpins bekannt. Damit die beiden zueinander parallelen Schenkel der U- förmigen Stäbe in einem Anker- oder
Statorblechpaket in radial versetzte Nuten eingesetzt werden können, weisen die aus der GB 200,469 B bekannten U- förmigen Stäbe im Bereich derer Verbindungsschenkel einen Versatzbereich aus, in dem der U-förmige Stab in sich verwunden ist, wie noch anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert wird. Außerdem ist es aus der EP 2 710 715 Bl bekannt, dass bei einem herkömmlichen Verfahren zum Herstellen von hairpins zunächst die stabförmigen elektrischen Leiter ihre
beschriebene U- förmige Grundgeometrie durch einen ersten Biegevorgang erhalten. Anschließend wird in einem zweiten Umformvorgang der Kopf eines solchen Leiters, also dessen Verbindungsschenkel, in einer Formpresse umgeformt, wobei diese beiden zueinander parallelen Schenkel in derjenigen Ausrichtung gehalten werden, welche für deren späteren Platzierung in zugeordneten Nuten in einem Blechpaket eines Stators oder Ankers einer Elektromaschine notwendig ist. Dieses Herstellungsverfahren wird als unvorteilhaft
beurteilt, weil nach einem solchen Verfahren
beziehungsweise in einer nach diesem Verfahren arbeitenden Produktionsmaschine lediglich hairpins nur einer Geometrie herstellbar sind. Sofern hairpins für die Herstellung eines anderen, beispielsweise größeren Stators oder Ankers, eine andere Geometrie aufweisen sollen, müssen die Formwerkzeuge einer solchen Maschine aufwendig gegen andere, geometrisch passende Formwerkzeuge ausgetauscht werden. Außerdem wird es als nachteilig beurteilt, dass der elektrische Leiter bei einem solchen Umformvorgang in einem Formwerkzeug einer vergleichsweise großen mechanischen Belastung ausgesetzt ist, welche zu Beschädigungen an dem elektrischen Leiter und/oder an dessen Isolierung führen kann. Um diese
Nachteile zu vermeiden wird gemäß der EP 2 710 715 Bl eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von hairpins für elektrische Maschinen vorgeschlagen, bei denen auf die Nutzung von Formwerkzeugen zugunsten von anderen, nach diesseitiger Beurteilung ebenfalls unvorteilhaften
Umformwerkzeugen und Verfahrensschritten verzichtet wird.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzustellen, mit denen gattungsgemäße hairpins kostengünstiger als bisher herstellbar sind. Insbesondere soll die Vorrichtung derartig aufgebaut sein, dass diese im einfachsten Fall manuell bedienbar ist, die jedoch auch automatisch
betrieben werden kann. Zudem soll die Vorrichtung ohne großen Umbauaufwand zur Herstellung von hairpins
unterschiedlicher Größe und Geometrie geeignet sein, um so Elektromaschinen insgesamt kostengünstiger als bisher herstellen zu können.
Diese Aufgaben sind durch ein Verfahren und eine
Vorrichtung gelöst, welche die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche aufweisen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweils zugeordneten abhängigen Ansprüchen definiert.
Der Erfindung lag die Erkenntnis zugrunde, dass sich eine verwundene Geometrie des Verbindungsabschnitts eines U- förmigen elektrischen Leiters, welche den Verbau desselben in einer Stabwicklung eines Stators oder Ankers einer Elektromaschine gewährleistet, dadurch vergleichsweise einfach erzeugen lässt, indem in einem vorzugsweise ersten Schritt zunächst die beiden zueinander parallelen sowie eingespannten Schenkel des U- förmigen elektrischen Leiters nahe bei dem Verbindungsschenkel und zusammen mit diesem etwa senkrecht zu derjenigen planen Ebene verschwenkt werden, welche zwischen den zwei parallelen Schenkeln gedacht aufgespannt ist, und dass in einem notwendigen zweiten Schritt dann einer der beiden zueinander parallelen Schenkel unter Mitnahme des Verbindungsschenkels auf einer Kreisbahn von dem anderen, unbeweglich gehaltenen Schenkel weggeschwenkt wird. Um eine optimale Verwindungsgeometrie insbesondere in Bereich des Verbindungsschenkels zu
erzielen, wird bei diesem Bewegen des zweiten Schenkels des elektrischen Leiters ein Abschnitt des Verbindungsschenkels auf einer geometrisch speziell geformten Oberfläche eines Verwindungsführungselements geführt. Durch dieses
Verschwenken über einen vorbestimmten Kreisabschnitt und die Verformung zumindest des Verbindungsschenkels mittels des Verwindungsführungselements werden die beiden
zueinander parallelen Schenkel in genau diejenigen
Ausrichtung und Position gebracht, welche notwendig ist, damit diese in zugeordnete Nuten eines Statorblechpakets oder Ankerblechpakets angeordnet werden können. Hierbei ist die mechanische Belastung für den elektrischen Leiter vergleichsweise gering.
Gemäß dem unabhängigen Verfahrensanspruch betrifft die Erfindung demnach ein Verfahren zum Umformen eines U- förmigen sowie im Querschnitt eckigen elektrischen Leiters, welcher für die Herstellung einer Stabwicklung einer elektrischen Maschine verwendbar ist, wobei der elektrische Leiter vor dem Umformvorgang zwei zueinander parallele Schenkel aufweist, die durch einen Verbindungsschenkel einstückig miteinander verbunden sind, und bei dem die drei Schenkel in einer gedachten, planen Ebene angeordnet sind.
Zur Lösung der verfahrensbezogenen Aufgabe ist vorgesehen, dass zunächst die beiden zueinander parallelen Schenkel in jeweils einer Klemmvorrichtung festgeklemmt werden, dass dann der erste Schenkel zusammen mit der ersten
Klemmvorrichtung ortsfest festgehalten wird, dass dann der zweite Schenkel auf einer Kreisbahn von dem ersten Schenkel wegbewegt sowie dabei der Verbindungsschenkel gestreckt wird, und dass gleichzeitig oder zeitlich nachfolgend ein Umformabschnitt des elektrischen Leiters auf einer
Führungsfläche eines Verwindungsführungselements bewegt wird, welche über die Kreisbahn radial hinaus ragt. Die erste Klemmvorrichtung und das Verwindungsführungselement sind in einer festen Relativposition zueinander angeordnet.
Die Führungsfläche ist so gestaltet, dass nach Abschluss des Umformvorgangs der hairpin die gewünschte Form hat und die Übergänge zwischen den verschiedenen Abschnitten des elektrischen Leiters möglichst rund sind und möglichst große Krümmungsradien haben, um die lokale Verformung des Drahts und eines eventuell vorhandenen Schutzlacks zu minimieren. Die Führungsfläche ist in der Regel eine
Freiformfläche.
Dadurch, dass der zweite Schenkel des elektrischen Leiters in Bezug zu dem ersten, ortsfest und unbeweglich
eingespannten Schenkel auf einer Kreisbahn bewegt wird, wird d er zweite Schenkel um seine Längsachse gedreht, so dass beispielsweise bei einem quaderförmigen Querschnitt der beiden Schenkel deren breiten und schmalen Seiten nicht mehr parallel zueinander ausgerichtet sind. Hierdurch wird diejenige Ausrichtung der breiten und schmalen
Schenkelseiten erreicht, welche notwendig ist, um diese beiden Schenkel in jeweils eine Nut eines Stator- oder Ankerblechpakets einführen zu können, welche an einem
Kreisabschnitt desselben in Umfangsrichtung sowie radial versetzt zueinander ausgebildet sind. Das Bewegen des
Verbindungsschenkels über die Führungsfläche des erwähnten Verwindungsführungselements ermöglicht demnach eine
gezielte Umformung des Verbindungsschenkels. Die jeweilige Geometrieausbildung der Führungsfläche des
Verwindungsführungselements sowie deren radiale Anordnung und anstellwinkelbezogene Positionierung im Bewegungsweg des zweiten Schenkels beziehungsweise Verbindungsschenkels erzeugen die gewünschte Umformung an dem
Verbindungsschenkel des elektrischen Leiters, welche zudem keine Spannungsrisse in dem Material des elektrischen
Leiters verursacht.
Da das Einklemmen der beiden zueinander zunächst parallelen Schenkel, das Bewegen des zweiten Schenkels auf einer
Kreisbahn sowie das radiale und anstellwinkelbezogene
Ausrichten des Verwindungsführungselements vorzugsweise mittels von einer Steuerungsvorrichtung ansteuerbarer
Aktuatoren erfolgt, können mit dem Verfahren gemäß der Erfindung hinsichtlich ihrer Abmessungen und Geometrie sehr unterschiedliche gattungsgemäße elektrische Leiter, also so genannte hairpins, automatisch und ohne den Wechsel von Formwerkzeugen kostengünstig hergestellt werden.
Bei den meisten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Biegevorrichtung liegt die Drehachse des Schwenkarms vor
Beginn der Schwenkbewegung, die zum Umformen des U- förmigen elektrischen Leiters führt, außerhalb eines
gleichschenkligen Dreiecks, dessen Basis durch die
Längsachsen der Schenkel des U- förmigen elektrischen
Leiters gebildet wird. Diese Aussage gilt auch, wenn die Höhe H des Dreiecks sehr viel größer als die Länge LBAsis des Dreiecks ist (H > 10 X LBASIS) ·
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung dieses Verfahrens kann vorgesehen sein, dass der Umformabschnitt des
elektrischen Leiters, welcher einen Bereich des zweiten Schenkels und einen daran angrenzenden Bereich des
Verbindungsschenkels umfasst, auf einer solchen
Führungsfläche des Verwindungsführungselements bewegt wird, welche einen ersten Flächenabschnitt aufweist, der nahe zu dem zweiten Schenkel ausgebildet ist und auf den der Radius derjenigen Kreisbahn trifft, auf welcher der zweite
Schenkel bewegt wird, und welche einen zweiten
Führungsabschnitt aufweist, der sich in den Bereich des Verbindungsschenkels erstreckt und sich radial außerhalb der Kreisbahn des zweiten Schenkels befindet.
Hierdurch wird erreicht, dass die Umformung des
Verbindungsschenkels sowie des daran angrenzenden Bereichs des zweiten Schenkels mechanisch geführt, also nicht ungeführt, erfolgt, wobei im Ergebnis der
Verbindungsschenkel in eine geringfügig S-förmige Geometrie umgeformt wird und dabei etwas aus derjenigen gedachten planen Ebene herausragt, welche der U- förmige elektrische Leiter vor Beginn des Umformvorgangs hatte.
Um den Umformvorgang weiter zu begünstigen kann vorgesehen sein, dass der erste Schenkel mittels der ersten
Klemmvorrichtung weiter entfernt von dem
Verbindungsschenkel festgeklemmt wird als dies bei dem zweiten Schenkel mittels der zweiten Klemmvorrichtung der Fall ist. Hierdurch ist im Ergebnis der beim Umformvorgang mechanisch am stärksten belastete Verbindungsbereich zwischen dem Verbindungsschenkel und dem zweiten Schenkel vorteilhaft etwas entlastet, denn für diesen Umformvorgang steht dann zusätzlich auch verbindungsschenkelnahes
Material des ersten Schenkels zur Verfügung.
Eine andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der zweite Schenkel auf einer Kreisbahn bewegt wird, deren Drehachse parallel zu der
Längsausrichtung der beiden zueinander parallelen Schenkel orientiert sowie mit Abstand dazu angeordnet ist. Hierdurch wird erreicht, dass die freien Enden der beiden zueinander parallelen Schenkel auch nach dem Umformvorgang
hinsichtlich deren Längsausrichtung nicht gegeneinander verschwenkt, sondern parallel zueinander ausgerichtet sind.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Verfahrensvariante kann vorgesehen sein, dass vor dem Wegbewegen des zweiten Schenkels von dem ersten Schenkel ein
verbindungsschenkelnaher Umformabschnitt des ersten
Schenkels in Richtung zu einer Klemmbasis der ersten
Klemmvorrichtung gebogen wird, wobei wegen der
Einstückigkeit des elektrischen Leiters auch der
Verbindungsschenkel mitgenommen wird. Dieser zusätzliche Verfahrensschritt entlastet den Übergangsbereich zwischen dem ersten Schenkel und dem Verbindungsschenkel mechanisch bei dem dann folgenden Umformen des Verbindungsschenkels mittels des Verwindungsführungselements .
Weiter ist zur Vorbereitung eines konkreten
Produktionsvorgangs vorgesehen, dass das
Verwindungsführungselement vor der Herstellung einer Serie der verwundenen, U-förmigen elektrischen Leiter (also der gattungsgemäßen hairpins) derart in Bezug zur Drehachse des Schwenkarms radial verstellt sowie um eine parallel zur Drehachse des Schwenkarms ausgerichtete Schwenkachse des Verwindungsführungselements verschwenkt wird, dass eine bestimmte Ausrichtung der beiden parallelen Schenkel zueinander sowie eine bestimmte Umformung des
Verbindungsschenkels im dann folgenden Produktionsvorgang erzielt wird. Das Umformverfahren kann gemäß einem Beispiel zumindest die folgenden Verfahrensschritte aufweisen:
a) Zuführen eines U-förmigen elektrischen Leiters in eine Umformvorrichtung, wobei der elektrische Leiter zwei zueinander parallele Schenkel sowie einen diese verbindenden Verbindungsschenkel aufweist, welche alle in einer gedachten planen Ebene angeordnet sind,
b) Festspannen eines Klemmabschnitts des ersten Schenkels in einer ersten Klemmvorrichtung sowie Festspannen eines Klemmabschnitts des zweiten Schenkels in einer zweiten
Klemmvorrichtung, wobei diese beiden Klemmabschnitte nahe zu dem Verbindungsschenkel ausgebildet sind,
c) Festhalten der beiden zueinander parallelen Schenkel an deren jeweiligen Einklemmort und Umbiegen eines
Umformabschnitts des ersten Schenkels, welcher nahe zu dem Verbindungsschenkels ausgebildet ist, weg aus der gedachten planen Ebene des elektrischen Leiters,
d) Bewegen des zweiten Schenkels auf einer Kreisbahn, deren Mittelpunkt auf der Drehachse des Schwenkarms liegt, wobei diese Drehachse des Schwenkarms parallel zu dem ersten Schenkel des elektrischen Leiters ausgerichtet ist, sowie in Folge der Bewegung des zweiten Schenkels Strecken des Verbindungsschenkels des elektrischen Leiters,
e) Bewegen eines Abschnitts des Verbindungsschenkels auf einer Führungsfläche eines Verwindungsführungselements , wobei zumindest ein Flächenabschnitt dieser Führungsfläche in Bezug zur Drehachse des Schwenkarms radial außerhalb des Einklemmortes des ersten Schenkels angeordnet ist,
f) und abschließend Lösen der beiden Klemmvorrichtungen zum Freigeben des zu einem hairpin umgeformten elektrischen
Leiters .
Vorzugsweise erfolgt hiernach das Abschneiden des hairpins von dem restlichen Draht, sofern dies nicht schon vor dem Einspannen des U-förmigen Drahtes geschah. Zur Lösung der vorrichtungsbezogenen Aufgabe wird eine Vorrichtung zur Umformung eines U- förmigen und im
Querschnitt eckigen elektrischen Leiters zu einen
gattungsgemäßen hairpin vorgeschlagen, welcher für die Herstellung einer Stabwicklung einer elektrischen Maschine verwendbar ist, wobei der elektrische Leiter zwei
zueinander parallele Schenkel aufweist, die mittels eines Verbindungsschenkels einstückig miteinander verbunden sind. Diese Vorrichtung weist zumindest folgendes auf:
- ein Vorrichtungsgestell,
- eine an dem Vorrichtungsgestell angeordnete, und
bezüglich des Vorrichtungsgestells ortsfeste erste
Klemmvorrichtung, mittels welcher der erste Schenkel am Vorrichtungsgestell festklemmbar ist,
- einen um eine Drehachse drehbaren Schwenkarm, wobei diese Drehachse parallel zu dem ersten Schenkel des elektrischen Leiters ausgerichtet ist,
- eine an dem Schwenkarm angeordnete zweite
Klemmvorrichtung, mittels welcher der zweite Schenkel am Schwenkarm festklemmbar ist,
- und ein Verwindungsführungselement , welches an dem
Vorrichtungsgestell befestigt ist sowie an seinem zur zweiten Klemmvorrichtung nahen Ende eine Führungsfläche aufweist ,
- wobei diese Führungsfläche einen dem zweiten Schenkel nahen ersten Flächenabschnitt aufweist, auf den der Radius einer Kreisbahn trifft, auf welcher der zweite Schenkel beim Drehen des Schwenkarms bewegt wird,
- und wobei die Führungsfläche einen dem
Verbindungsschenkel nahen zweiten Flächenabschnitt aufweist, welcher radial außerhalb der Kreisbahn des zweiten Schenkels angeordnet ist.
In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass das Vorrichtungsgestell nicht ortsfest sein muss. Wichtig ist, dass die erste Klemmvorrichtung so an dem
Vorrichtungsgestell angeordnet ist, dass sich der erste Schenkel während der Schwenkbewegung nicht relativ zu dem Vorrichtungsgestell bewegt. Das gleiche gilt für das
Verwindungsführungselement , welches ebenfalls an dem
Vorrichtungsgestell befestigt ist.
Der zweite Schenkel ist an dem Schwenkarm derart
festgeklemmt, dass er sich während der Schwenkbewegung nicht relativ zu dem Schwenkarm bewegt, sondern die
Schwenkbewegung mitmacht.
Es ist auch möglich, dass das Vorrichtungsgestell mit dem Verwindungsführungselement die Schwenkbewegung ausführt und nicht der Schwenkarm (kinematische Umkehr) . Ebenso ist es möglich, dass ein Teil der Schwenkbewegung von dem
Schwenkarm und ein Teil der Schwenkbewegung von dem
Vorrichtungsgestell und dem Verwindungsführungselement ausgeführt wird. Bei allen drei Alternativen führen die erste Klemmvorrichtung und die zweite Klemmeinrichtung während des Schwenkvorgangs die gleiche (n)
Relativbewegung (en) aus und das Verwindungsführungselement ist bezüglich einer der beiden Klemmvorrichtung in einer festen Relativposition angeordnet, so dass die hairpins in erfindungsgemäßer Weise aus den U- förmigen elektrischen Leitern (um-) geformt werden.
Die vorteilhafte Nutzung dieser Umformvorrichtung ist bereits kurz beschrieben worden. Eine weitere Beschreibung derselben erfolgt anhand verschiedener
Ausführungsbeispiele .
Gemäß einer ersten Weiterbildung dieser Umformvorrichtung kann vorgesehen sein, dass die beiden Klemmvorrichtungen jeweils eine erste beziehungsweise eine dritte
Stellvorrichtung aufweisen, deren Stellglieder den ersten Schenkel des elektrischen Leiters direkt oder indirekt gegen eine Klemmbasis an dem Vorrichtungsgestell
beziehungsweise den zweiten Schenkel gegen eine Klemmbasis an dem Schwenkarm drücken können. Die erwähnten
Stellvorrichtungen sind vorzugsweise mittels einer
Hilfskraft betätigbar, welche elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch erzeugt werden kann. Demnach kann die
Befestigung der beiden parallelen Schenkel des elektrischen Leiters ohne menschliche Hilfe erfolgen, so dass
Verletzungsgefahren ausgeschlossen sind und der
Herstellprozess optimiert ist. Außerdem kann vorgesehen sein, dass an der ersten
Klemmvorrichtung und/oder an der zweiten Klemmvorrichtung jeweils eine zweite Stellvorrichtung vorhanden ist, mittels welcher der Verbindungsabschnitt des elektrischen Leiters nach dem Einspannen des ersten Schenkels und/oder des zweiten Schenkels aus der gedachten planen Ebene zwischen den beiden parallelen Schenkel weg biegbar ist, und zwar vorzugsweise in Richtung zum Vorrichtungsgestell.
In Weiterbildung der erwähnten Stellvorrichtungen ist bevorzugt vorgesehen, dass das jeweilige freie Ende der Stellglieder der Stellvorrichtungen der beiden
Klemmvorrichtungen jeweils ein Klemmstück aufweist, die zur festklemmenden Anlage an dem jeweils zugeordneten Schenkel des elektrischen Leiters ausgebildet sind, und dass das Klemmstück der ersten Klemmvorrichtung an dessen zu dem ersten Schenkel weisenden Seite einen derartigen Absatz aufweist, dass beim Festklemmen des ersten Schenkels an der zugeordneten Klemmbasis zugleich der Umformabschnitt des ersten Schenkels unter Mitnahme des Verbindungsabschnitts des elektrischen Leiters aus der gedachten planen Ebene zwischen den beiden parallelen Schenkel hin zum
Vorrichtungsgestell biegbar ist.
Um die Umformvorrichtung auch hinsichtlich der Bewegung des Schwenkarms zu automatisieren, ist bevorzugt vorgesehen, dass der Schwenkarm direkt oder über zumindest einen Hebel mit einem Stellglied einer vierten Stellvorrichtung
antriebswirksam verbunden ist. Zudem ist bevorzugt vorgesehen, dass auch das
Verwindungsführungselement um eine Schwenkachse schwenkbar sowie hinsichtlich seiner Längserstreckungsrichtung axial verschiebbar an dem Vorrichtungsgestell befestigt ist. Zur Einstellung der Radialposition der Führungsfläche und des Anstellwinkels des Verwindungsführungselements in Bezug zu dem Verbindungsabschnitt des elektrischen Leiters ist bevorzugt vorgesehen, dass das Verwindungsführungselement mit einem Stellglied einer fünften Stellvorrichtung
verbunden ist, mittels der das Verwindungsführungselement um eine Schwenkachse verschwenkbar und/oder hinsichtlich seiner Längserstreckungsrichtung verschiebbar ist. Weiter kann vorgesehen sein, dass an dem
Vorrichtungsgestell eine verschwenkbare Einstellscheibe angeordnet ist, welche als Anschlag für den
Verbindungsabschnitt des elektrischen Leiters bei einem Einspannen der beiden zueinander parallelen Schenkel nutzbar ist.
Diese Einstellscheibe ist vorzugsweise mit einem Stellglied einer sechsten Stellvorrichtung verbunden, mittels der die Einstellscheibe um eine Schwenkachse derart verschwenkbar ist, dass diese unmittelbar über die korrekte Position des Verbindungsabschnitts des elektrischen Leiters vor dem Einspannen desselben schwenkbar ist.
Außerdem ist bevorzugt vorgesehen, dass die Drehachse des Schwenkarmes beziehungsweise dessen Schwenklager örtlich verstellbar am Vorrichtungsgestell angeordnet ist. Der Verstellbereich ist durch ein Koordinatensystem mit zwei senkrecht zueinander ausgerichteten geometrischen Achsen definiert, welche senkrecht zur Längsachse des ortsfest eingeklemmten ersten Schenkels des U- förmigen Drahtes ausgerichtet sind.
Schließlich sind zumindest einige der erwähnten
Stellvorrichtungen als elektrische Schrittmotoren
ausgebildet, welche über Steuerungsleitungen mit einer Steuerungsvorrichtung verbunden sind. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass zumindest einige der erwähnten
Stellvorrichtungen als druckmittelbetriebene Aktuatoren ausgebildet sind, deren Steuerungsventile über
Steuerungsleitungen mit einer Steuerungsvorrichtung verbunden sind .
Die Erfindung wird nachstehend anhand mehrerer in der beigefügten Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele weiter erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bekannten Biegevorrichtung, mittels der aus einem Draht ein U- förmiger elektrischer Leiter gebogen werden kann,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines solchen elektrischen Leiters mit einer gedachten planen Ebene zwischen den Schenkeln des Leiters,
Fig. 3 den elektrischen Leiter gemäß Fig. 2 mit einer Aufteilung seiner Funktionsabschnitte,
Fig. 4 eine schematische Ansicht eines hairpins, welcher nach einem Umformvorgang aus einem elektrischen Leiter gemäß den Figuren 2 und 3 hergestellt wurde, und welcher zur Herstellung einer Stabwicklung einer elektrischen Maschine verwendbar ist, Fig. 5 eine vereinfachte schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Umformvorrichtung in einer
Ausgangsstellung, mittels der aus einem U-förmigen
elektrischen Leiter gemäß den Figuren 2 oder 3 ein hairpin gemäß Fig. 4 herstellbar ist,
Fig. 6 die Umformvorrichtung gemäß Fig. 5 in einer schematischen Seitenansicht C in der Ausgangsstellung mit Blick auf den ortsfest angeordneten ersten Schenkel des elektrischen Leiters,
Fig. 7 die Umformvorrichtung gemäß Fig. 5 bei einem ersten Kontakt des zweiten Schenkels des elektrischen Leiters mit einem Verwindungsführungselement ,
Fig. 8 die Umformvorrichtung gemäß Fig. 7 bei einem weitergeführten Kontakt des zweiten Schenkels des
elektrischen Leiters mit dem Verwindungsführungselement , Fig. 9 die Umformvorrichtung gemäß Fig. 8 in einer schematischen Seitenansicht mit Blick auf die beiden
Schenkel des elektrischen Leiters,
Fig. 10 die Umformvorrichtung gemäß Fig. 5 mit einem Anschlag zur Einstellung der Einklemmposition des
elektrischen Leiters,
Fig. 11 die Umformvorrichtung gemäß Fig. 10 in einer schematischen Seitenansicht mit dem Anschlag,
Fig. 12 die Umformvorrichtung gemäß Fig. 5 mit einem durch einen Aktuator verstellbaren Druckstück, mittels dem ein Umformabschnitt des ersten Schenkels beaufschlagbar ist ,
Fig. 13 die Umformvorrichtung gemäß Fig. 12 in einer schematischen Seitenansicht, in dem auch der Aktuator erkennbar ist, welcher auf das Druckstück wirkt, Fig. 14 eine Detailansicht auf die Führungsfläche des Verwindungsführungselements gemäß den Figuren 5 bis 13, Fig. 15 eine schematische Seitenansicht auf die erste Klemmvorrichtung, welche ein gestuftes Klemmstück aufweist, Fig. 16 eine die Merkmale der Erfindung aufweisende
Umformvorrichtung in einer Draufsicht, dargestellt mit einem dort eingeklemmten elektrischen Leiter, in einer nicht betätigten Stellung,
Fig. 17 die Umformvorrichtung gemäß Fig. 16 in einer Draufsicht nach einem anfänglichen Umformen des ersten Schenkels des elektrischen Leiters, Fig. 18 die
Umformvorrichtung gemäß Fig. 16 in einer Draufsicht nach einem abschließenden Verformen des elektrischen Leiters zu einem hairpin und
Fig. 19 eine reduzierte Darstellung der Figur 16 zur Erläuterung der relativen Lage der Drehachse des
Schwenkarms bezogen auf die Schenkel des elektrischen
Leiters . Demnach zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung einer an sich bekannte Biegevorrichtung 1*, mittels der aus einem Draht 2 ein U- förmiger elektrischer Leiter 6 gebogen werden kann. Hierzu wird der Draht 2 einer erste Rolle 3 zugeführt und mittels einer zweiten Rolle 4 um die Oberfläche der ersten Rolle 3 kreissegmentförmig herum gebogen. Sobald die beiden zueinander parallelen Schenkel 7, 8 eine gewünschte Länge aufweisen, wird der Draht 2 mittels einer
Trennvorrichtung 5 durchtrennt und der U- förmige
elektrische Leiter 6 zur weiteren Umformung aus der
Biegevorrichtung 1* entfernt. Abweichend von diesem Stand der Technik erfolgt das
Durchtrennen des Drahtes 2 gemäß der Erfindung bevorzugt erst dann, wenn der nachfolgend zu beschreibende
Umformvorgang abgeschlossen vollständig ist. Diese
Vorgehensweise hat den Vorteil, dass der U- förmig
umgebogene Draht 2 erst nach seiner abschließenden
Formgebung als Einzelteil gehandhabt werden muss.
Wie Fig. 2 zeigt, weist der elektrische Leiter 6 einen weitgehend halbkreisförmigen Verbindungsschenkel 9 auf, welcher die beiden, zueinander parallelen Schenkel 7, 8 einstückig miteinander verbindet. Die drei Schenkel 7, 8, 9 des elektrischen Leiters 6 sind derartig zueinander
ausgerichtet, dass diese eine gedachte, plane Ebene 10 zwischen sich aufspannen. Ein solcher elektrische Leiter 6 dient als Vorprodukt zur Herstellung eines in Fig. 4 dargestellten hairpins 19, dessen Schenkel 7, 8, 9 nicht mehr in der gleichen gedachten Ebene 10 liegen. Hierzu muss der elektrische Leiter 6 umgeformt werden, wobei die
Verformung im Wesentlichen im Bereich des
Verbindungsschenkels 9 durchgeführt wird, so dass die beiden anderen Schenkel 7, 8 immer noch eine gerade
Geometrie aufweisen, jedoch nicht mehr in der gleichen, gedachten Ebene angeordnet sind.
Um einen derartigen elektrische Leiter 6 zur Herstellung einer Stabwicklung eines Stators oder Ankers einer
Elektromaschine mit hohem elektrischen Wirkungsgrad nutzen zu können, weist der elektrische Leiter 6 eine rechteckige, vorzugsweise quaderförmige Querschnittsgeometrie auf. Fig. 4 zeigt einen solchen als hairpin 19 ausgebildeten
elektrischen Leiter 6, dessen zueinander parallelen
Schenkel 7, 8 jeweils eine schmale Längsseite 15, 17 sowie eine breite Längsseite 14, 16 aufweisen. Um diese beiden Schenkel 7, 8 in jeweils zugeordnete Nuten in einem Statoroder Ankerblechpaket einer Elektromaschine einsetzen zu können, weisen die schmale Längsseiten 17 sowie die breiten Längsseiten 14 des ersten Schenkels 7 in anderen Richtungen als die schmalen Längsseiten 15 sowie die breiten
Längsseiten 16 des zweiten Schenkels 8. Um diese
Ausrichtung zu realisieren, wird der U-förmige elektrische Leiter 6 in einem Verwindungsbereich 18 des
Verbindungsschenkels 9 entsprechend umgeformt. Hierdurch kann der Verbindungsschenkel 9, wie in Fig. 4 dargestellt, eine dachförmige Spitze 20 oder eine flach gebogene
Geometrie aufweisen.
Bevor nachfolgend erläutert wird, welche Vorrichtung und welches Verfahren die Erfindung zur Herstellung eines hairpins 19 aus einem elektrischen Leiter 6 vorschlägt, werden für die nachfolgende Beschreibung sinnvolle
Funktionsabschnitte des elektrischen Leiters 6 definiert. Wie Fig. 3 veranschaulicht, weist der elektrischen Leiter 6 im Verbindungsbereich des Verbindungsschenkels 9 einen ersten Umformabschnitt 11 und einen zweiten Umformabschnitt 11' auf, welche auch einen verbindungsschenkelnahen
Abschnitt der beiden, zueinander parallelen Schenkel 7, 8 umfassen. Weiter hin zu deren freien Ende weisen die beiden parallelen Schenkel 7, 8 jeweils einen Klemmabschnitt 12, 12' auf, welche zum Einklemmen in einer erfindungsgemäßen Umformvorrichtung 1 vorgesehen sind. Daran anschließend folgt jeweils ein unterer Abschnitt 13, 13', die sich bis zu dem jeweiligen freien Ende der beiden parallelen
Schenkel 7, 8 erstrecken.
Die Figuren 5 bis 13 und 16 bis 18 zeigen jeweils aus unterschiedlichen Blickrichtungen gesehen sowie in
unterschiedlichen Betätigungsstellungen eine
Umformvorrichtung 1, mittels der ein U- förmiger
elektrischer Leiter 6 zu einem hairpin 19 umgeformt werden kann, welcher ähnlich wie der gemäß Fig. 4 aussieht.
Die Figuren 16 bis 18 lassen jeweils in einer schematischen Draufsicht den Gesamtaufbau der Umformvorrichtung 1 am besten erkennen. Demnach weist die Umformvorrichtung 1 ein Vorrichtungsgestell 21 auf, welches alle wesentlichen
Bestandteile der Umformeinrichtung trägt. Dazu gehören zunächst zwei Klemmvorrichtungen A, B, mittels denen jeweils einer der beiden zueinander parallelen Schenkel 7, 8 eines U-förmigen elektrischen Leiters 6 an einer
entsprechend zugeordneten ersten Klemmbasis 22
beziehungsweise einer zweiten Klemmbasis 24 festklemmbar sind. Die der ersten Klemmvorrichtung A zugeordnete erste Klemmbasis 22 ist an dem Vorrichtungsgestell 21 befestigt oder einstückig ein Bestandteil desselben, und sie dient als Widerlager beim Festklemmen des ersten Schenkels 7 des U-förmigen elektrischen Leiters 6. Das Festklemmen dieses ersten Schenkels 7 erfolgt mittels eines ersten Klemmstücks 23, welches an dem freien Ende eines Stellgliedes einer ersten Stellvorrichtung 32 ausgebildet oder befestigt ist. Diese erste Stellvorrichtung 32 ist als Axialaktuator ausgebildet. Eine zweite, ebenfalls als Axialaktuator ausgebildete Stellvorrichtung 33, welche lediglich in Fig. 13 dargestellt ist und später beschrieben wird, kann ebenfalls am Ort der zweiten Klemmvorrichtung A angeordnet sein .
Die erste Stellvorrichtung 32 sowie alle anderen, noch zu erwähnenden Stellvorrichtungen, sind vorzugsweise als elektromotorische Aktuatoren ausgebildet. Sie können aber auch hydraulische oder pneumatische Aktuatoren sein. Das jeweilige Stellglied der Aktuatoren kann axial oder rotatorisch bewegt werden. Die der zweiten Klemmvorrichtung B zugeordnete zweite
Klemmbasis 24 ist ein Bestandteil eines Schwenkarmes 27, welcher gemäß den Figuren 16 bis 18 um eine Drehachse 41 schwenkbar gelagert an dem Vorrichtungsgestell 21
angeordnet ist. Im einfachsten Fall ist diese zweite
Klemmbasis 24 als eine Aussparung an dem Schwenkarm 27 ausgebildet, welche einen Abschnitt der
Querschnittsgeometrie des zweiten parallelen Schenkels 8 des elektrischen Leiters 6 aufweist. Die zweite Klemmbasis 24 dient demnach als Widerlager beim Festklemmen des zweiten Schenkels 8 des U-förmigen elektrischen Leiters 6 an dem Schwenkarm 27. Das Festklemmen dieses zweiten
Schenkels 8 erfolgt mittels eines zweiten Klemmstücks 25, welches an dem freien Ende eines Stellgliedes einer dritten Stellvorrichtung 34 ausgebildet oder befestigt ist. Auch diese dritte Stellvorrichtung 34 ist als Axialaktuator ausgebildet. Das Gehäuse dieser dritten Stellvorrichtung 34 ist über eine Verbindungsstruktur 61 mit dem Schwenkarm 27 fest verbunden, wie dies schematisch dargestellt ist. Der Schwenkarm 27 ist über einen Hebel 38 und Gelenke 39, 40 an einem Stellglied 37 einer vierten Stellvorrichtung 36' befestigt, welche ebenfalls als Axialaktuator
ausgebildet ist. Eine Betätigung der vierten
Stellvorrichtung 36' führt zu einer Schwenkbewegung des Schwenkarmes 27 um dessen Drehachse 41 gemäß dem die
Bewegungsrichtung 46 verdeutlichenden Doppelpfeil in Fig. 16. Alternativ dazu ist es möglich, wie in den Figuren 5 bis 13 dargestellt, dass die vierte Stellvorrichtung 36 als Drehaktuator mit einer Drehachse 28 ausgebildet ist, und dass der Drehaktuator 36 die Drehlagerung des Schwenkarms 27 bildet.
Außerdem ist ein stabförmiges Verwindungsführungselement 30 an dem Vorrichtungsgestell 21 befestigt. Die Befestigung dieses Verwindungsführungselements 30 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel derart, dass das
Verwindungsführungselement 30 sowohl in Richtung seiner Längserstreckung axial verstellbar als auch um eine
senkrecht dazu ausgerichtete Stellachse 49 verschwenkbar angeordnet ist (siehe dortige Doppelpfeile) . Eine axiale Verstellung des Verwindungsführungselements 30 erfolgt vorzugsweise mittels wenigstens einer fünften
Stellvorrichtung 47, welche als Axialaktuator ausgebildet und über ein Stellglied 48 mit dem
Verwindungsführungselement 30 verbunden ist. Zur Führung der Axialverstellung des Verwindungsführungselements 30 weist dieses in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Langloch 50 auf, welches von einer im Vorrichtungsgestell 21 verschraubten Schraube durchdrungen ist. Mit dem
Bezugszeichen ist in Fig. 18 ein Anstellwinkel angegeben, gemäß dem das Verwindungsführungselement 30 ausrichtbar ist. Der einzustellende Anstellwinkel sowie die axiale Position des für die Verformung des elektrischen Leiters 6 wirksamen axialen Endes des Verwindungsführungselements 30 sind abhängig von den Abmessungen des zu verformenden elektrischen Leiters 6 sowie von der zu erzielenden
Verformungsgeometrie desselben.
Das Verwindungsführungselement 30 weist an seinem
aktuatorfernen Ende eine Führungsfläche 31 auf, an welcher der zweite Schenkel 8 und/oder der Verbindungsschenkel 9 des eingespannten elektrischen Leiters 6 unter Verformung desselben eng entlang führbar ist. Ein solcher
Verformungsvorgang findet statt, wenn der von der zweiten Klemmvorrichtung B eingeklemmte zweite Schenkel 8 des elektrischen Leiters 6 bei einer Schwenkbewegung des
Schwenkarmes 27 entlang einer Kreisbahn 42 bewegt wird, welche zumindest teilweise radial innerhalb des Bereiches der Führungsfläche 31 des Verwindungsführungselement 30 liegt. Hierauf wird noch genauer eingegangen, jedoch wird schon hier auf Fig. 18 hingewiesen, welche zeigt, wie im Ergebnis eines solchen Umformvorgangs aus dem U- förmigen elektrischen Leiter 6 ein hairpin 19 geformt wurde, der zum Herstellen einer Stabwicklung einer Stators oder Ankers einer elektrischen Maschine genutzt werden kann. Die Führungsfläche 31 ist so gestaltet, dass nach Abschluss des Umformvorgangs der hairpin die gewünschte Form hat und die Übergänge zwischen den verschiedenen Abschnitten 12, 12', 11, 11' des elektrischen Leiters 6 möglichst rund sind, um die lokale Verformung des Drahts und eines eventuell vorhandenen Schutzlacks zu minimieren. Die Führungsfläche 31 ist in der Regel eine Freiformfläche.
Wie dies lediglich in der Fig. 16 dargestellt ist, kann die Umformvorrichtung 1 auch eine Einstellscheibe 43 aufweisen, welche um eine außermittig angeordnete Schwenkachse 44 verschwenkbar an dem Vorrichtungsgestell 21 befestigt ist. Die Verschwenkung der Einstellscheibe 43 wird mittels einer sechsten Stellvorrichtung 51 bewerkstelligt, welche
ebenfalls als ein Axialaktuator ausgebildet ist und über ein als Koppelstange ausgebildetes Stellglied 52 mit dem radial äußernden Rand der Einstellscheibe 43 verbunden ist. Bei einem Ausfahren des Stellgliedes 52 wird die
Einstellscheibe 43 soweit gedreht, dass diese den
Einspannort für den elektrischen Leiter 6 dicht oberhalb des Verbindungsschenkels 9 überdeckt. Die dortigen
Schwenkrichtungen 45 sind durch einen Doppelpfeil
verdeutlicht. Bei einem manuellen oder maschinellen
Einsetzen der beiden parallelen Schenkel 7, 8 in die zugeordneten Klemmvorrichtungen A, B wird der
Verbindungsschenkel 9 mit seiner Spitze 20 beziehungsweise bogenförmigen Oberseite in Anschlag an die Unterseite der Einstellscheibe 43 gebracht, so dass der elektrische Leiter 6 ordnungsgemäß in den beiden Klemmvorrichtungen A, B positioniert ist, bevor diese geschlossen werden. Schließlich zeigt Fig. 16, dass alle Stellvorrichtungen 32, 33, 34, 36, 36', 47, 51 der Umformvorrichtung 1 über gestrichelt dargestellte Steuerungsleitungen mit einem Steuerungsgerät 60 verbunden sind, welches die Betätigung dieser Aktuatoren befehligt. Seine Entscheidungen trifft die Steuerungsvorrichtung 60 vorzugsweise aufgrund von Sensorinformationen, die es von nicht dargestellten
Sensoren erhält. Die beschriebene Umformvorrichtung 1 kann mit einem
Verfahren betrieben werden, welches die Merkmale der verfahrensbezogenen Ansprüche aufweist. Hierzu wird nun auch auf die Figuren 5 bis 15 eingegangen, welche eine Umformvorrichtung 1 schematisch darstellen, die weitgehend identisch ist wie die in den Figuren 16 bis 18 gezeigte Umformvorrichtung 1. Lediglich die den Schwenkarm 21 betätigende vierte Stellvorrichtung 36' ist in den Figuren 5 bis 15 zur Vereinfachung der zeichnerischen Darstellung als ein Drehaktuator 36, also beispielsweise als ein
Stellmotor gezeichnet, welches aber nichts am
Wirkungsprinzip der Vorrichtung 1 noch an dem Verfahren zur Umformung eines elektrischen Leiters 6 gemäß der Erfindung ändert . Die Figuren 5 und 6 zeigen eine Ausgangssituation, in welcher ein U-förmiger elektrischer Leiter 6 mit seinen beiden zueinander parallelen Schenkeln 7, 8 in eine
erfindungsgemäß ausgebildete Umformvorrichtung 1
eingespannt ist. Hierzu greifen die beiden
Klemmvorrichtungen A, B an den zugeordneten Klemmabschnitten 12, 12' der Schenkel 7, 8 an, wobei die erste Stellvorrichtung 32 und die dritte Stellvorrichtung 34 mit deren jeweiligen Klemmstücken 23, 25 die Schenkel 7, 8 an die zugeordnete erste Klemmbasis 22 beziehungsweise zweite Klemmbasis 24 pressen. Wie die Figuren zeigen, fixieren die beiden Klemmvorrichtungen A, B den
elektrischen Leiter 6 unterhalb des Verbindungsschenkels 9 sowie unterhalb eines verbindungsschenkelnahen
Umformabschnitts 11, 11' der jeweiligen parallelen Schenkel 7, 8. Hierdurch ist gewährleistet, dass eine anschließende Umformung des elektrischen Leiters 6 nicht nur in dem
Verbindungsschenkel 9 sondern auch in den
verbindungsschenkelnahen Umformabschnitten 11, 11'
stattfinden kann. In dieser Ausgangssituation weist der nicht eingeklemmte Abschnitt des elektrischen Leiters 6 von der Oberkante der beiden Klemmstücke 23, 25 bis zur
Oberkante des Verbindungsschenkels 9 eine Höhe Hl auf.
Insbesondere Fig. 6 zeigt in einer seitlichen Ansicht C der Umformvorrichtung 1, dass der erste Schenkel 7 zwischen der ersten Klemmbasis 22 und dem ersten Druckstück 23 der ersten Stellvorrichtung 32 angeordnet ist, und dass die als Axialaktuator ausgebildete erste Stellvorrichtung 32 mit deren Stellglied 35 gemäß dem dortigen Richtungspfeil gegen den ersten Schenkel 7 drückt.
Fig. 7 zeigt eine zweite Betriebssituation der
Umformvorrichtung 1, in welcher der Schwenkarm 27 mittels der vierten Stellvorrichtung 36 soweit um seine
Schwenkachse 28 verschwenkt wurde, dass der elektrische Leiter 6 die Führungsfläche 31 des hier aus der Zeichnungsebene herausragenden Verwindungsführungselements 30 gerade erst berührt. Durch diesen Schwenkvorgang wurde der elektrische Leiter 6 im Bereich seines
Verbindungsschenkels 9 gestreckt, so dass dadurch die Höhe H2 von der Oberkante des Verbindungsschenkels 9 bis hin zu der Oberkante der beiden Klemmstücke 23, 25 abgenommen hat. Das Strecken des Verbindungsschenkels 9 sowie
gegebenenfalls der benachbarten Abschnitte der beiden
Schenkel 7, 8 führte dabei zu keiner Gefügeänderung im
Material des elektrischen Leiters 6, sondern lediglich zu einer Geometrieänderung in dem genannten
Verbindungsschenkelbereich des elektrischen Leiters 6. Die Figuren 8 und 9 zeigen die erfindungsgemäße
Umformvorrichtung 1 in einer Betriebssituation, in welcher die gewünschte Umformung des elektrischen Leiters 6
abgeschlossen ist und dieser nun die Geometrie eines gattungsgemäßen hairpins 19 aufweist. Hierzu wurde der an dem Schwenkarm 27 fixierte zweite Schenkel 8 bei einer Kreisbewegung seiner Einspannstelle auf der erwähnten
Kreisbahn 42 geführt, und dadurch der Umformabschnitt 11' des zweiten Schenkels 8 und des Verbindungsschenkels 9 mit einer aus der Drehbewegung des Schwenkarms 27 sowie der geometrischen Verhältnisse resultierenden Anpresskraft auf der Führungsfläche 31 des Verwindungsführungselements 30 entlang bewegt. Währenddessen blieb der erste Schenkel 7 fest eingespannt an dem Vorrichtungsgestell 21 fixiert. Die Führungsfläche 31 des Verwindungsführungselements 30 ist dafür derartig ausgebildet und in Bezug zu der Kreisbahn 42 des ersten Schenkels 7 positioniert, dass der elektrische Leiter 6 nach dem in Fig. 7 dargestellten ersten Kontakt mit dem Verwindungsführungselement 30 auf die
Führungsfläche 31 gelenkt und dann unter Verformung des zweiten Verformungsabschnitts 11' in Bezug zur Kreisbahn 42 nach radial außen gebogen wird. Hierdurch erhält der zweite Verformungsabschnitt 11' des elektrischen Leiters 6 die Geometrie eines gattungsgemäßen hairpins 19, welcher zur Herstellung einer Stabwicklung eines Stators oder Ankers einer Elektromaschine geeignet ist.
Die Geometrie des hairpins 19 hängt unter anderem davon ab, wie groß der Radius der Kreisbahn 42 ist, auf die der zweite Schenkel 8 bei einer Schwenkbewegung des Schwenkarms 27 bewegt wird. Zudem ist die Geometrie des herzustellenden hairpins 19 von dem Anstellwinkel des
Verwindungsführungselements 30 zu dem Verbindungsschenkel 9 abhängig. Außerdem wird die Geometrie des herzustellenden hairpins 19 dadurch bestimmt, wie weit sich die
Führungsfläche 31 des Verwindungsführungselements 30 radial innerhalb und radial außerhalb der genannten Kreisbahn 42 des zweiten Schenkels 8 erstreckt.
Gemäß dem in Fig. 14 dargestellten Ausführungsbeispiel kann daher vorgesehen sein, dass die Führungsfläche 31 des
Verwindungsführungselements 30 einen dem zweiten Schenkel 8 des elektrischen Leiters 6 nahen ersten Flächenabschnitt 53 aufweist, welcher radial innerhalb der Kreisbahn 42 des zweiten Schenkels 8 angeordnet ist, und dass die
Führungsfläche 31 einen dem Verbindungsschenkel 9 nahen zweiten Flächenabschnitt 54 aufweist, welcher radial außerhalb der Kreisbahn 42 des zweiten Schenkels 8
angeordnet ist. Abschließend werden noch drei Weiterbildungen der
erfindungsgemäßen Umformvorrichtung 1 beschrieben. Gemäß den Figuren 10 und 11 kann die Umformvorrichtung 1 anstelle der in Fig. 16 dargestellten Einstellscheibe 43 einen
Anschlag 29 aufweisen, an dem das obere, durch den
Verbindungsschenkel 9 gebildete Ende eines U- förmigen elektrischen Leiters 6 zur Einstellung seiner
Einklemmposition anschlagen kann. Dieser Anschlag 29 ist bei dem in den Figuren 10 und 11 gezeigten Beispiel durch das freie Ende des Stellgliedes 59 einer siebten
Stellvorrichtung 58 gebildet, welche auch hier als ein Axialaktuator ausgebildet ist, dessen stangenförmiges
Stellglied 59 sich in Richtung zu dem oberen Ende (Spitze 20) des Verbindungsschenkels 9 verstellen lässt. In den Figuren 12 und 13 ist eine bereits weiter vorne angedeutete Variante dargestellt, bei welcher im Bereich der ersten Klemmvorrichtung A insgesamt zwei als
Axialaktuatoren ausgebildete Stellvorrichtungen 32, 33 angeordnet sind. Mittels der ersten Stellvorrichtung 32 wird, wie bereits beschrieben, der erste Schenkel 7 des elektrischen Leiters 6 an dem Vorrichtungsgestell 21 ortsfest fixiert. Nachdem dies geschehen ist, kann mittels der zweiten Stellvorrichtung 33 der Umformabschnitt 11 des ersten Schenkels 7 sowie der dazu benachbarte Abschnitt des Verbindungsschenkels 9 etwas in Richtung zu dem Vorrichtungsgestell 21 umgebogen werden. In dem in Fig. 13 dargestellten Beispiel drückt dazu ein Druckstück 26 der zweiten Stellvorrichtung 33 auf denjenigen Umformabschnitt 11 des ersten Schenkels 7, welcher nahe an dem
Verbindungsschenkel 9 ausgebildet ist. Durch eine solche erste Umformung des elektrischen Leiters 6 kann der spätere Umformvorgang an der Führungsfläche 31 des
Verwindungsführungselements 30 begünstigt werden. Fig. 12 zeigt, dass auch im Bereich der dritten
Stellvorrichtung 34 eine solche zweite Stellvorrichtung 33' angeordnet sein kann, welche mit einem Druckstück 26' gegen den Umformabschnitt 11' des zweiten Schenkels 8 sowie gegen den dazu benachbarten Abschnitt des Verbindungsschenkels 9 drücken kann, um diesen Bereich etwas in Richtung zu dem Vorrichtungsgestell 21 umzubiegen.
Fig. 15 zeigt, dass sich ein ähnlicher Verformungsvorgang auch mit der ersten Stellvorrichtung 32 durchführen lässt, wenn deren Klemmstück 23* eine Stufe 56 in Richtung zu dem elektrischen Leiter 6 aufweist.
Außerdem zeigt Fig. 18, dass die Drehachse 41 des
Schwenkarmes 27 beziehungsweise dessen Schwenklager an unterschiedlichen Orten des Vorrichtungsgestells 21
angeordnet werden kann. Diese unterschiedlichen Positionen befinden sich in einem Koordinatensystem, welches durch zwei senkrecht zueinander ausgerichtete geometrische Achsen x, y definiert ist. Die beiden Achsen x, y sind dabei senkrecht zur Längsachse des ersten Schenkels 7 des U- förmigen Drahtes 6 ausgerichtet, und die zweite Achse y verläuft bei dem in Fig. 18 dargestelltem
Ausführungsbeispiel parallel zu dem Stellglied der ersten Stellvorrichtung 32. Die Verstellung des Ortes der
Drehachse 41 des Schwenkarmes 27 beziehungsweise dessen Schwenklagers am Vorrichtungsgestell 21 erfolgt
vorzugsweise mittels wenigstens eines weiteren, hier nicht gezeigten Stellantriebes, der beispielsweise durch ein fluides Druckmittel oder elektrisch betätigbar ist.
Durch die beschriebene Verstellbarkeit des Ortes der
Drehachse 41 des Schwenkarmes 27 beziehungsweise dessen Schwenklagers am Vorrichtungsgestell 21 kann die
Vorrichtung 1 leicht zur Umformung unterschiedlich großer U-förmiger Drähte 6 zu hairpins mit unterschiedlichen
Radien derer Verbindungsschenkel 9 sowie unterschiedlicher Verwindungscharakteristik eingerichtet werden.
Anhand der Fig. 19 wird die relative Lage der Drehachse 41 des Schwenkarms 27 bezogen auf die Position der Längsachsen der Schenkel 8 und 9 des elektrischen Leiters 6 näher erläutert .
Die Figur 19 basiert auf der Fig. 17, in welcher der die Schenkel 7, 8 des elektrischen Leiters bereits an der ersten Klemmbasis 22 und der zweiten Klemmbasis 24
festgeklemmt sind. In der Figur 19 sind die Längsachsen der Schenkel 7, 8 durch Kreuze 63 angedeutet. Wenn man nun durch die beiden Längsachsen bzw. Kreuze 63 eine
Verbindungsgerade 65 und an beiden Kreuzen 63 eine Gerade 67, 69 errichtet, die einen Winkel von 90° mit der
Verbindungsgeraden 65 einschließen, dann begrenzen diese zueinander parallelen Gerade 67, 69 eine Fläche (ohne
Bezugszeichen) . Vor Beginn der Schwenkbewegung liegt die Drehachse 41 bzw. 28 des Schwenkarms 27 bei den meisten
Ausführungsformen der erfindungsgenmäßen Biegevorrichtung 1 außerhalb dieser Fläche. In der Figur 19 liegt der
Drehpunkt 41 links von der durch die Geraden 67, 69 begrenzten Fläche.
Wenn die erfindungsgemäße Schwenkbewegung ausgeführt wird, vergrößert sich der Abstand zwischen den Längsachsen der Schenkel 7, 8 weil sich der Schenkel 8 auf der Kreisbahn 42 im Uhrzeigersinn bewegt. In Folge dessen wird die Fläche zwischen den Geraden 67, 69 breiter (und ändert ihre
Richtung) . Nach dem Ende der Schwenkbewegung kann der
Drehpunkt 41 innerhalb der breiter gewordenen Fläche liegen. Das ergibt sich, wenn man in die Figur 18 die
Kreuze 63 einzeichnet.
Man kann den gleichen Sachverhalt auch wie folgt
ausdrücken: Wenn man ausgehend von der in Fig. 19
dargestellten Situation ein gleichschenkliges Dreieck errichtet, wobei die Kreuze 63 die Basis dieses Dreiecks darstellen, dann liegt die Drehachse 41 des Schwenkarms 27 außerhalb dieses Dreiecks, wobei es unbeachtlich ist, wie hoch das gleichschenklige Dreieck ist. Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung zum Herstellen eines U-förmigen el . Leiters
1* Biegevorrichtung
2 Draht
3 Erste Rolle (größerer Durchmesser)
4 Zweite Rolle (kleinerer Durchmesser)
5 Trennvorrichtung
6 Elektrischer Leiter, U-förmig gebogener Draht
7 Erster Schenkel des elektrischen Leiters
8 Zweiter Schenkel des elektrischen Leiters
9 Verbindungsschenkel des elektrischen Leiters
10 Ebene zwischen den Schenkeln des elektrischen Leiters
11 Erster Umformabschnitt
11' Zweiter Umformabschnitt
12 Klemmabschnitt des ersten Schenkels
12' Klemmabschnitt des zweiten Schenkels
13 Unterer Abschnitt des ersten Schenkels
13' Unterer Abschnitt des zweiten Schenkels
14 Breite Längsseite des ersten Schenkels
15 Schmale Längsseite des ersten Schenkels
16 Breite Längsseite des zweiten Schenkels
17 Schmale Längsseite des zweiten Schenkels
18 Fertiggestellter Verwindungsabschnitt
19 Fertig umgeformter elektrischer Leiter, hairpin
20 Spitze des fertiggestellten hairpins 19
21 Vorrichtungsgestell
22 Erste Klemmbasis 23 Erstes Klemmstück
23* Gestuftes Druckstück
24 Zweite Klemmbasis
25 Zweites Klemmstück
26, 26' Druckstück
27 Schwenkarm
28 Drehachse der als Drehaktuator ausgebildeten vierten Stellvorrichtung 36
29 Anschlag
30 Verwindungsführungselement
31 Führungsfläche des Verwindungsführungselements
32 Erste Stellvorrichtung (a. d. ersten Klemmvorrichtung A)
33 Zweite Stellvorrichtung (a. d. ersten Klemmvorr. A) 33' Zweite Stellvorrichtung (a. d. zweiten Klemmvorr. B)
34 Dritte Stellvorrichtung (a. d. zweiten Klemmvorr. B)
35 Stellglied an der ersten Stellvorrichtung 32
36 Vierte Stellvorrichtung (f. d. Schwenkarm);
Drehaktuator
36' Vierte Stellvorrichtung (f. d. Schwenkarm);
Axialaktuator
37 Stellglied der vierten Stellvorrichtung 36'
38 Hebel
39 Gelenk am Hebel
40 Gelenk am Schwenkarm
41 Drehachse des Schwenkarms 27, Schwenklager
42 Kreisbahn des zweiten Schenkels 8
43 Einstellscheibe
44 Schwenkachse der Einstellscheibe
45 Schwenkrichtung der Einstellscheibe 43 46 Schwenkrichtung des Schwenkarms 27
47 Fünfte Stellvorrichtung
48 Stellglied der fünften Stellvorrichtung 47
49 Stellachse des Verwindungsführungselements
50 Langloch im Verwindungsführungselement 30
51 Sechste Stellvorrichtung (für die Einstellscheibe)
52 Stellglied der sechsten Stellvorrichtung
53 Erster Flächenabschnitt der Führungsfläche 31
54 Zweiter Flächenabschnitt der Führungsfläche 31
56 Absatz am Klemmstück 23*
58 Siebte Stellvorrichtung (für Anschlag 29)
59 Stellglied der siebten Stellvorrichtung
60 Steuerungsvorrichtung
61 Verbindungsstruktur
63 Kreuz (Längsachse der Schenkel 7, 8 in der Draufsicht) 65 Verbindungslinie zwischen den Längsachsen der
Schenkel
67, 69 parallele Linien
Einstellwinkel des Schwenkarms 27
A Erste Klemmvorrichtung
B Zweite Klemmvorrichtung
C Blickrichtung auf die erste Klemmvorrichtung A
X Erste Verstellrichtung der Drehachse 41
Y Zweite Verstellrichtung der Drehachse 41

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Umformen eines U-förmigen elektrischen Leiters (6) zu einen hairpin (19), welcher für die
Herstellung einer Stabwicklung einer elektrischen Maschine verwendbar ist, wobei der elektrische Leiter (6) vor dem Umformvorgang zwei zueinander parallele Schenkel (7, 8) aufweist, die mittels eines Verbindungsschenkels (9) einstückig miteinander verbunden sind, und bei dem die drei Schenkel (7, 8, 9) in einer gedachten, planen Ebene (10) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass
(a) zunächst der erste Schenkel (7) in einer ersten
Klemmvorrichtung (A) und der zweite Schenkel (8) in einer zweiten Klemmvorrichtung (B) festgeklemmt werden, dass (b) dann die zweite Klemmvorrichtung (B) auf einer
Kreisbahn (42) relativ zu der ersten Klemmvorrichtung (A) verschwenkt wird, so dass sich der zweite Schenkel (8) von dem ersten Schenkel (7) wegbewegt und der
Verbindungsschenkel (9) gestreckt wird, und dass dabei ein Umformabschnitt (11') des elektrischen Leiters (6) von einer Führungsfläche (31) eines Verwindungsführungselements (30) umgeformt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umformabschnitt (11') des elektrischen Leiters (6), welcher einen Bereich des zweiten Schenkels (8) und einen daran angrenzenden Bereich des Verbindungsschenkels (9) umfasst, auf einer Führungsfläche (31) des
Verwindungsführungselements (30) bewegt wird, welche einen ersten Flächenabschnitt (53) aufweist, der nahe zu dem zweiten Schenkel (8) ausgebildet ist und auf den der Radius derjenigen Kreisbahn (42) trifft, auf welcher der zweite Schenkel (8) bewegt wird, und welche einen zweiten
Führungsabschnitt (54) aufweist, der sich in den Bereich des Verbindungsschenkels (9) erstreckt und sich radial außerhalb der Kreisbahn (42) des zweiten Schenkels (8) befindet .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch
gekennzeichnet, dass der erste Schenkel (7) mittels der ersten Klemmvorrichtung (A) weiter entfernt von dem
Verbindungsschenkel (9) festgeklemmt wird als dies bei dem zweiten Schenkel (8) mittels der zweiten Klemmvorrichtung (B) der Fall ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, dass der zweite Schenkel (8) auf einer Kreisbahn (42) bewegt wird, deren Drehachse (41, 28) parallel zu der Längsausrichtung der beiden zueinander parallelen Schenkel (7, 8) orientiert sowie mit Abstand dazu angeordnet ist.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Wegbewegen des zweiten
Schenkels (8) von dem ersten Schenkel (7) ein
verbindungsschenkelnaher Umformabschnitt (11) des ersten Schenkels (7) in Richtung zu einer Klemmbasis (22) der ersten Klemmvorrichtung (A) gebogen wird.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verwindungsführungselement (30) vor einer Umformung von U- förmigen elektrischen Leitern (6) zu hairpins (19) in Bezug zur Drehachse (28, 41) des
Schwenkarms (21) radial verstellt sowie um eine parallel zur Drehachse (28, 41) des Schwenkarms (21) ausgerichtete Schwenkachse (49) des Verwindungsführungselements (30) verschwenkt wird.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Schritten a) und b) die beiden zueinander parallelen Schenkel (7, 8) an deren jeweiligen Einklemmort festgehalten werden und ein
Umformabschnitt (11) des ersten Schenkels (7) , welcher nahe zu dem Verbindungsschenkels (9) ausgebildet ist, umgebogen wird weg aus der gedachten Ebene (10) des elektrischen Leiters (6) .
8. Vorrichtung (1) zur Umformung eines U- förmigen
elektrischen Leiters (6) in einen hairpin (19), welcher für die Herstellung einer Stabwicklung einer elektrischen
Maschine verwendbar ist, wobei der elektrische Leiter (6) zwei zueinander parallele Schenkel (7, 8) aufweist, die mittels eines Verbindungsschenkels (9) einstückig
miteinander verbunden sind, gekennzeichnet durch
- ein Vorrichtungsgestell (21) ,
- eine an dem Vorrichtungsgestell (21) angeordnete erste Klemmvorrichtung (A) , mittels welcher der erste Schenkel (7) am Vorrichtungsgestell (21) festklemmbar ist, - einen um eine Drehachse (28, 41) drehbaren Schwenkarm (27), wobei diese Drehachse (28, 41) parallel zu dem ersten Schenkel (7) des elektrischen Leiters (6) ausgerichtet ist,
- eine an dem Schwenkarm (27) angeordnete zweite
Klemmvorrichtung (B) , mittels welcher der zweite Schenkel (8) am Schwenkarm (27) festklemmbar ist,
- und ein Verwindungsführungselement (30) , welches an dem Vorrichtungsgestell (21) befestigt ist sowie an seinem zur zweiten Klemmvorrichtung (B) nahen Ende eine Führungsfläche (31) aufweist.
9. Vorrichtung (1) zur Umformung eines U- förmigen
elektrischen Leiters (6) in einen hairpin (19), welcher für die Herstellung einer Stabwicklung einer elektrischen
Maschine verwendbar ist, wobei der elektrische Leiter (6) zwei zueinander parallele Schenkel (7, 8) aufweist, die mittels eines Verbindungsschenkels (9) einstückig
miteinander verbunden sind, gekennzeichnet durch
- eine erste Klemmvorrichtung (A) , mittels welcher der erste Schenkel (7) festklemmbar ist,
- eine Drehachse (28, 41), wobei diese Drehachse (28, 41) parallel zu dem ersten Schenkel (7) des elektrischen
Leiters (6) ausgerichtet ist,
- eine zweite Klemmvorrichtung (B) , mittels welcher der zweite Schenkel (8) festklemmbar ist,
- und ein Verwindungsführungselement (30) welches gegenüber der ersten Klemmvorrichtung (A) in einer festen
Relativposition angeordnet ist, wobei die erste
Klemmvorrichtung (A) und die zweite Klemmvorrichtung (B) derart zueinander bewegbar sind, dass die zweite Klemmvorrichtung (B) sich bei einem Umformvorgang auf einer Kreisbahn um die Drehachse (28, 41) bewegt.
10. Vorrichtung (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch
gekennzeichnet, dass die Führungsfläche (31) einen dem zweiten Schenkel (8) nahen ersten Flächenabschnitt (53) aufweist, auf den der Radius einer Kreisbahn (42) trifft, auf welcher der zweite Schenkel (8) beim Umformen,
insbesondere beim Drehen des Schwenkarms (21) oder beim Bewegen der zweiten Klemmvorrichtung (B) , bewegt wird, - und dass die Führungsfläche (31) einen dem
Verbindungsschenkel (9) nahen zweiten Flächenabschnitt (54) aufweist, welcher radial außerhalb der Kreisbahn (42) des zweiten Schenkels (8) angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Klemmvorrichtung (A) eine erste Stellvorrichtung (32) und die zweite Klemmvorrichtung (B) eine dritte Stellvorrichtung (34) aufweisen, deren Stellglieder (35) den ersten Schenkel (7) des elektrischen Leiters (6) direkt oder indirekt gegen eine erste
Klemmbasis (22) beziehungsweise den zweiten Schenkel (8) gegen eine zweite Klemmbasis (24) drücken können.
12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Klemmbasis (22) an dem
Vorrichtungsgestell (21) und die zweite Klemmbasis (24) an dem Schwenkarm (27) angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Klemmvorrichtung (A) und/oder an der zweiten Klemmvorrichtung (B) jeweils eine zweite Stellvorrichtung (33, 33') vorhanden ist, mittels welcher der Verbindungsabschnitt (9) des elektrischen
Leiters (6) nach dem Einspannen des ersten Schenkels (7) und/oder des zweiten Schenkels (8) aus der gedachten planen Ebene (10) zwischen den beiden parallelen Schenkel (7, 8) weg biegbar ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige freie Ende der Stellglieder (35) der Stellvorrichtungen (33, 34) der beiden Klemmvorrichtungen (A, B) jeweils ein Klemmstück (23, 25) aufweist, die zur festklemmenden Anlage an dem jeweils zugeordneten Schenkel (7, 8) des elektrischen Leiters (6) ausgebildet sind, und dass das Klemmstück (23*) der ersten Klemmvorrichtung (A) an dessen zu dem ersten Schenkel (7) weisenden Seite einen derartigen Absatz (56) aufweist,
dass beim Festklemmen des ersten Schenkels (7) an der zugeordneten Klemmbasis (22) zugleich ein Umformabschnitt (11) des ersten Schenkels (7) unter Mitnahme des
Verbindungsabschnitts (9) des elektrischen Leiters (6) aus der gedachten planen Ebene (10) zwischen den beiden
parallelen Schenkel (7, 8) hin zum Vorrichtungsgestell (21) biegbar ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkarm (27) direkt oder über zumindest einen Hebel (38) mit einem Stellglied einer vierten Stellvorrichtung (36, 36') antriebswirksam
verbunden ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Verwindungsführungselement (30) um eine Schwenkachse (49) verschwenkbar sowie hinsichtlich seiner Langserstreckungsrichtung axialverschiebbar an dem Vorrichtungsgestell (21) befestigt ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Verwindungsführungselement (30) mit einem
Stellglied (48) einer fünften Stellvorrichtung (47) verbunden ist, mittels der das Verwindungsführungselement (30) um eine Schwenkachse (49) verschwenkbar und/oder hinsichtlich seiner Langserstreckungsrichtung axial
verschiebbar ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Vorrichtungsgestell (21) eine verschwenkbare Einstellscheibe (43) oder ein Anschlag (29) angeordnet ist, welche als Anschlag für den
Verbindungsabschnitt (9) beim Einspannen der beiden
zueinander parallelen Schenkel (7, 8) des elektrischen Leiters (6) dienen.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellscheibe (43) mit einem Stellglied (52) einer sechsten Stellvorrichtung (51) verbunden ist, mittels der die Einstellscheibe (43) um eine Schwenkachse (44) derart verschwenkbar ist, dass diese unmittelbar über die korrekte Position des Verbindungsabschnitts (9) des elektrischen Leiters (6) vor dem Einspannen desselben schwenkbar ist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (41) des Schwenkarmes (27) beziehungsweise dessen Schwenklager örtlich
verstellbar am Vorrichtungsgestell (21) angeordnet ist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der erwähnten
Stellvorrichtungen (32, 33, 34, 36, 36', 47, 51) als elektrische Schrittmotoren ausgebildet sind, welche über Steuerungsleitungen mit einer Steuerungsvorrichtung (60) verbunden sind.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der erwähnten
Stellvorrichtungen (32, 33, 34, 36, 36', 47, 51) als druckmittelbetriebene Aktuatoren ausgebildet sind, deren Steuerungsventile über Steuerungsleitungen mit einer Steuerungsvorrichtung verbunden sind.
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