EP3769404A1 - Vorrichtung und verfahren zum positionieren und verspannen von verschaltelementanschlussleitern - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum positionieren und verspannen von verschaltelementanschlussleitern

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Publication number
EP3769404A1
EP3769404A1 EP19715380.2A EP19715380A EP3769404A1 EP 3769404 A1 EP3769404 A1 EP 3769404A1 EP 19715380 A EP19715380 A EP 19715380A EP 3769404 A1 EP3769404 A1 EP 3769404A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
machine element
verschaltelementpositionier
positioning
clamping
holding
Prior art date
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Pending
Application number
EP19715380.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes REISER
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.)
Grob Werke GmbH and Co KG
Original Assignee
Grob Werke GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Grob Werke GmbH and Co KG filed Critical Grob Werke GmbH and Co KG
Publication of EP3769404A1 publication Critical patent/EP3769404A1/de
Pending 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—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/30—Manufacture of winding connections
    • H02K15/33—Connecting winding sections; Forming leads; Connecting leads to terminals
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/50—Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2203/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the windings
    • H02K2203/09—Machines characterised by wiring elements other than wires, e.g. bus rings, for connecting the winding terminations

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for positioning and clamping of Verschaltelementan gleichleiter.
  • the invention relates to a Verschaltelementpositionier- and clamping device for
  • Machine element connecting conductors for connecting and connecting a Verschaltelements with a machine element of an electrical machine. Furthermore, the invention relates to a device for connecting a
  • the invention relates to a Verschaltelementpositionier- and clamping method for positioning and clamping of Verschaltelementan gleichleitern with machine element connecting conductors for connecting and connecting a Verschaltelements with a machine element of an electric machine.
  • Electrical machines are understood in particular as machines for converting electrical energy into kinetic energy and machines for converting kinetic energy into electrical energy.
  • these include electric motors and generators.
  • connection conductors For example, in this way coil windings of several phases of a component of an electric machine, such as e.g. a stator of an electric motor.
  • some wire ends can serve as connection conductors. This can e.g. happened over several special pins.
  • some of the hairpins may provide longer wire ends, which may then be considered as
  • the object of the invention is to provide devices and methods with which the connection of Verschaltelementan gleichleitern a component of an electric machine to a boarding element for industrial mass production is improved.
  • the invention provides a device according to
  • the invention provides a Verschaltelementpositionier- and clamping device for positioning and clamping of Verschaltelementan gleichleitern with machine element connecting conductors for connecting and connecting a Verschaltelements with a machine element of an electrical machine, comprising:
  • the Verschaltelementhalte Marie has at least one mechanically biased in a holding position holding jaw.
  • the conductor end positioning and tensioning device is mechanically biased to a clamping position.
  • the machine element positioning and fastening device comprise a retaining core for engaging in an annular housing of the machine element and for the positive and / or Has frictional engagement of the housing in a defined position in the axial direction, circumferential direction and radial direction as a machine element holder.
  • machine element positioning and fastening means comprise a machine element mounting interface for attachment to a fixed and positioned with the machine element
  • the machine element positioning and fastening device has a transport fastening interface for attachment to a transport device.
  • the machine element positioning and fastening device has an axial positioning unit for axially positioning the Verschaltelementpositionier- and clamping device relative to a central axis of the machine element.
  • the machine element positioning and fastening device comprises a radial positioning unit for radially positioning the Verschaltelementpositionier- and -spannvorraum relative to a
  • Central axis of the machine element and / or for aligning a central axis of the Verschaltelementpositionier- and clamping device on a central axis of the machine element.
  • the machine element positioning and fixing device has a circumferential positioning unit for positioning the indexing element positioning and clamping device in the circumferential direction relative to a central axis of the machine element.
  • the Axialpositionierü at least one projection or pin for resting on the machine element and / or the
  • Machine element holder has. It is preferred that the Radialpositionierech a circumferentially extending mating surface or lateral surface on the
  • Machine element mounting interface for detecting a
  • Machine element holder has.
  • the circumferential positioning unit has a projection or recess or a key on the
  • a machine element mounting interface for detecting a corresponding recess or protrusion formation or feather key receptacle on the machine element holder.
  • the Verschaltelementhalte ultrasound has at least one spring-loaded holding jaw or a first and a second spring-loaded holding jaw.
  • the Verschaltelementhalte vibration has at least one means of a mechanical energy storage in a holding position for clamping the Verschaltelements biased holding member.
  • the Verschaltelementhalte broke at least one / has automatically or manually between a holding position and a release position movable (s) holding element or holding jaw.
  • the Verschaltelementhalte Vietnamese is adapted to receive in a receiving position, the Verschaltelement and hold in a holding position, the Verschaltelement by frictional engagement and / or positive engagement.
  • the Leiterendenpositionier- and -spann driving comprises a first element and a second element movable relative to the first element, to Verschaltelementan gleichleiter and
  • first and second elements are replaced by a
  • first and / or the second element are disc-shaped or annular and / or designed as clamping discs.
  • first and / or the second element are rotatably mounted relative to each other.
  • first element has a first recess and the second element has a second recess, wherein the first recess and / or the second recess taper from a further region to a narrower region and / or at least one in
  • At least one of the elements has a slanted guide for introducing conductors into a predetermined position.
  • first and second members are rotatable concentrically with each other.
  • first and / or the second element are stored centrally.
  • a mechanical force accumulator biases the first and the second element in a clamping position. It is preferred that the first and second elements each comprise a radially projecting arm, wherein the arms are connected to each other via at least one spring.
  • the invention provides a device for
  • the invention provides a
  • Machine element connection conductors for connecting and connecting a connection element to a machine element of an electrical machine, comprising:
  • step b) comprises: holding the Verschaltelements by means of at least one mechanically biased in a holding position retaining jaw.
  • step b) comprises: delivering at least one retaining jaw to the Verschaltelement to hold it to the at least one holding jaw and / or locking the at least one holding jaw by means of a locking device, in particular by screws, hooks, tensioners or like. It is preferred that step c) comprises: clamping the conductors by means of a mechanical force store or at least one spring.
  • step c) comprises: feeding at least one first and one second element for clamping the conductors therebetween and locking the first and second elements by means of a
  • Locking device in particular by screws, tensioners or the like.
  • step a) comprises:
  • Circumferential direction and radial direction Circumferential direction and radial direction.
  • step a) comprises:
  • step a) comprises:
  • step a) comprises:
  • step a) comprises:
  • step a) comprises:
  • step a) comprises:
  • step b) comprises:
  • step b) comprises:
  • step b2) comprises delivering at least one
  • Retaining element and locking the at least one retaining element in the holding position Retaining element and locking the at least one retaining element in the holding position.
  • step b) comprises: b3) automatically or manually moving at least one holding element or a holding jaw between a holding position and a release position.
  • step b) comprises:
  • step c) comprises:
  • step c) comprises:
  • step c1) comprises: clamping the first and second elements, in particular manually or by means of an automatic or mechanical feed unit, and locking the first and second elements in the clamping position.
  • step c) comprises:
  • step c) comprises:
  • step c) comprises:
  • connection conductors in a first recess of the first element and a second recess of the second Elements, wherein at least one recess tapers from a further region to a narrower area and / or at least one in
  • Relative movement direction of the elements extending at least partially inclined boundary and wherein the first and the second recess overlap at least partially and with at least partially transverse to the direction of relative movement of the elements extending boundaries in relative movements of the elements approach each other.
  • step c) comprises:
  • step c) comprises:
  • step c) comprises:
  • step c) comprises:
  • the invention provides a method for
  • Embodiments of the invention are preferably used in a method of manufacturing a component of an electric machine, as described in more detail in patent applications [1], [2] and [3], for electrically connecting the phases of a component produced by such a method.
  • Embodiments of the invention are particularly advantageous in industrial large-scale production of a component of an electrical machine, such as in particular a stator of an electric motor or generator.
  • the stator may have three phases that include respective coil windings.
  • switching element an element for the corresponding interconnection
  • hairpins an element for the corresponding interconnection
  • Machine element connection conductors of the electric motor welded.
  • Preferred embodiments of the invention have the advantage that with the connections of the Verschaltelements (example of Verschaltelementan gleichleiter) to be welded Hairpins (example of machine element connection conductor) can be aligned in the radial and tangential direction to the corresponding terminals of the Verschaltelements.
  • Preferred embodiments of the invention provide in particular one, several or all of the following advantages:
  • Power electronics are connected. • In addition, preferably by an accurate positioning
  • tensioning and positioning of the connection element with the hairpins are carried out by means of a device outside the welding system.
  • connection devices Preferably, they have a corresponding connection device for this purpose.
  • the device allows the positioning of the
  • this core is aligned in the X-Y-Z direction to the laminated core and firmly connected to this.
  • the device is positioned over the lateral surface to the stator center axis (X-Y direction).
  • the device is connected via a
  • the Z-directional positioning is over several, e.g. three or more, pins that rest on the laminated core.
  • the Verschaltelement via spring-loaded jaws in the
  • the rotating discs for clamping corresponding executed perforations through which the terminals of the Verschaltelements be clamped with the Flairpins.
  • the tensioning of the Flairpins takes place preferably with a positioning and clamping mechanism, as described and shown in more detail in the earlier patent application [4]. Reference is expressly made to this earlier patent application for further details.
  • both the positioning and the clamping mechanism are designed so that the device does not require any power or fluid supply. This makes it possible to insert the Verschaltelement outside a welding system or the like in the device and thereby the connections of the Verschaltelements with the respective hairpins or other
  • the device is designed so that the hairpins can be welded or otherwise connected to the interconnecting element from above, without having to remove the device.
  • stator or the other component of the electrical machine
  • the device can also be mounted by means of corresponding components, without a core, directly on the component, e.g. Stator, to be positioned;
  • the component for example, Stator, overlying ring, which aligns with the surface of the shell, the face and a groove to the component (for example, stator).
  • the resilient voltage could be operated with alternative energy storage. If springs or spring arrangements are used, they could be operated with compression springs and / or tension springs. Preferably, coil springs are used.
  • Fig. 1 is a perspective schematic view of a
  • Fig. 2 is a view of the Verschaltelementpositionier- and -spannvorraum from below in Figure 1 and
  • Fig. 3 is a perspective view of one at the bottom of
  • a Verschaltelementpositionier- and -spannvoroplasty 10 is shown, which in the Fier ein of a machine element of an electrical machine such.
  • the panel-positioning and tensioning device 10 is particularly useful in a locating process for locating a stator as more fully described and shown in the above-referenced prior patent applications [1], [2] and [3]. Reference is made to [1], [2] and / or [3] for further details of the method of locating.
  • Wire ends of the same protrude from the housing. These are then widened and then folded and then to form
  • Coil windings connected together.
  • several phases of the later stator of the electric machine can be formed.
  • Mass production can be connected to a switching element, so as to electrically control the phases and provide energy.
  • some of the hairpins are designed as special pins, which are used to connect to the
  • the switching element not shown, for example, has a cuboid housing, from which the
  • Machine element connecting conductors are to be connected, protrude.
  • connection leads are similar to the shape of hairpins. Regarding the form and training of this ladder is expressly to the former
  • the connecting conductors are formed, for example, from wires having a substantially rectangular cross section, which are designed such that they can receive the corresponding power of a suitable for a drive motor of a vehicle electric motor.
  • the traction motor should, for example, have a power range between 20 kW and 400 kW.
  • the Verschaltelementpositionier- and clamping device 10 has a
  • the machine element positioning and fastening device 12 is for
  • the Maschinenelementpositionier- and -befest Trents worn 12 for this purpose on a (not shown) retaining core, which can be firmly fixed in the machine element.
  • the machine element has, for example, the housing of a stator, wherein the housing is annular and has grooves, in which the wire ends are inserted for forming the coil windings. Reference is explicitly made to [1] - [3] in this regard.
  • the retaining core is preferably designed such that it is inserted into the interior of this housing and is positioned on inner walls of the housing in exact radial, axial and tangential (in the circumferential direction) position.
  • the retaining core is for engaging in the annular housing of the
  • the machine element positioning and fastening device 12 further comprises a machine element mounting interface 18. This is designed for attachment to the machine element holder. By complementarily formed mating surfaces on the machine element holder and the
  • Machine element mounting interface 18 are at the
  • Circumferential positioning unit 24 is formed.
  • the machine element mounting interface 18 z. B. formed as a projection projecting from one side of the Verschaltelementpositionier- and - jig 10.
  • the machine element mounting interface 18 z. B. formed as a projection projecting from one side of the Verschaltelementpositionier- and - jig 10.
  • Machine element mounting interface 18 may be formed on a central holding body 26 which, for example, centrally in the Verschaltelementpositionier- and -spannvorraum 10 is provided and on which the other elements of the Verschaltelementpositionier- and -spannvortechnisch 10 are mounted.
  • Machine element mounting interface 18 opposite side of the holding body 26 may be provided a transport mounting interface 28 for attachment to a transport device, not shown.
  • Transport attachment interface 28 includes, for example, a receiving ring 30 into which an engaging end of a robotic arm may engage, with accurate positioning on the robotic arm via protrusion / rebate formations, such as grooves 32.
  • the Maschinenelementpositionier- and -fixing device 12 thus has the holding body 26, on which on one side of the
  • Machine element mounting interface 18 an insertion body 34 for
  • the insertion body 34 is formed in the illustrated embodiment is substantially cylindrical, wherein a
  • Edge portion 36 is chamfered at the free end of the insertion body 34.
  • a peripheral wall of the insertion body 34 serves as a mating surface for positioning the Verschaltelementpositionier- and -spannvorides 10 in the x-direction and y-direction and thus as Radialpositionierappel 22nd
  • Keys 38 are used to position the holding body 26 and thus the entire Verschaltelementpositionier- and -spannvorides 10 relative to the machine element holder in the circumferential direction and thus as
  • Insertion body 34 can serve as abutment surfaces for axial positioning, so that they can form part of the Axialpositionieriana 20, alternatively or additionally, pins 40 may be provided, with which the
  • Verschaltelementpositionier- and clamping device 10 rests on the housing and so the axial position is accurately positioned relative to this housing.
  • the retaining core has complementary to the shape of the insertion body 34 shown in Fig. 3 formed opening with corresponding
  • the Verschaltelement halte pain 14 and the Leiterendenpositionier- - clamping device 16 work without external connections, ie without
  • Fluid line or electrical line Preferably, they have purely mechanical energy storage as biasing elements.
  • the Verschaltelement halte bones 14 one or more mechanically biased in a holding position holding jaw (s) 42a, 42b.
  • the Leiterendenpositionier- and -spann nails 16 is mechanically in a holding position holding jaw (s) 42a, 42b.
  • Holding position for clamping the Verschaltelements are biased.
  • a mechanical energy storage pressure springs 44 are provided in particular.
  • the holding jaws 42a, 42b are automatically or manually between a
  • Holding position and a release position movable They are going through the
  • Locking element by friction and / or positive locking hold
  • the holding jaws 42a, 42b are slidably mounted on a holding jaw guide 46a, 46b, which is secured by a base plate 48 fixed to the holding body 26 on the side of
  • Machine element mounting interface 18 axially projecting.
  • a first holding jaw guide 46a and a second holding jaw guide 46b are provided, to each of which a first
  • Holding jaw 42a and a second holding jaw 42b are movable toward each other, so that the switching element can be taken in several places.
  • the arrangement of the holding jaw guides 46a, 46b depends on the shape of the Verschaltelements.
  • the switching element can, as stated above, be formed cuboid or ring segment-shaped.
  • the transferring the Verschaltelementhalte Vietnamese 14 from the holding position to the receiving position can be done manually or automatically, the transfer from the receiving position to the holding position can be done by releasing, so that the energy storage effect a return to the holding position.
  • An automatic movement could be formed for example via a machine unit, not shown, at a receiving station, also not shown for the Verschaltelement.
  • the Verschaltelement is provided at a receiving station, in which case there are provided mechanically driven gripper, which transfer the holding jaws 42a, 42b in the receiving position and then release it again to clamp the Verschaltelements.
  • the Verschaltelementpositionier- and -spannvorides 10 can be driven via the transport device to the housing to attach them by means of the Maschinenelementpositionier- and -befest Trents Rhein 12 thereto.
  • Theêtendenpositionier- and -spann driving 16 is constructed in principle and the structure forth as in the German patent application [4] - DE 10 2018 103 100.9 - illustrated device for positioning and clamping of wire ends for electrical machines. Reference is made expressly to this patent application [4] for further details.
  • the Leiterendenpositionier- and -spann 16 a first element 50 and relative to the first element 50 movable second element 52.
  • the first element 50 and the second element 52 are movable relative to one another and designed such that the connection element connecting conductor and
  • Machine element connecting conductors between the elements 50, 52 can be positioned and clamped.
  • the first element 50 and the second element 52 are biased by a mechanical energy storage in a clamping position.
  • at least one spring 54 is provided for this purpose.
  • the first element 50 and the second element 52 has an in
  • Radial direction projecting arm 56, 58 wherein the arms 56, 58 each have at their ends a hinged guide sleeve 60 which slides on a guide pin 62, wherein on the guide pin 62 formed as a helical compression spring spring 54 is placed to the guide sleeves 60th push away from each other.
  • the elements 50, 52 are disk-shaped and in particular designed as clamping disks and are both rotatable with a central region on the
  • Supported body 26 so that they are rotatable relative to each other.
  • the elements 50, 52 designed as clamping disks are provided with radial recesses, in which the elements of the
  • Base plate 48 wegragend holding jaw guides 46a, 46b are added.
  • the first element 50 has a plurality of first recesses 64
  • the second element 52 correspondingly has a plurality of second recesses 66.
  • the recesses 64, 66 are formed on the elements 50, 52 such that they partially overlap and upon relative movement of the elements 50, 52 in a position of large overlap - receiving position - and a position small overlap - clamping position - can be transferred.
  • At least one of the first and second recesses 64, 66 has a further region and a narrower region, with the result that this recess 64, 66 tapers from the further region to the narrower region.
  • both recesses 64, 66 have a wider area and a narrower area and a taper therebetween.
  • the taper is formed by an at least partially sloping boundary.
  • the Verschaltelementpositionier- and -spannvoroplasty 10 is preferably part of a device for connecting the Verschaltelements to the
  • connection device except the Verschaltelementpositionier- and -spannvoroplasty 10 shown in the figures nor a connecting device for electrically and mechanically connecting the Verschaltelementan gleichleiter with the machine element connecting conductors.
  • This connection device is designed, for example, as a welding device.
  • Such a welding apparatus is shown, for example, in [1] to [3], so that reference is made to these patent applications for further details.
  • the Verschaltelementpositionier- and -spannvorides 10 by means of the transport fastening interface 28 to a suitable
  • Transport device for example, a robot arm or a three-axis gantry crane device or the like attached, by means of which
  • a tap for a drive element for moving the elements 50, 52 could be provided on the transport attachment interface 28.
  • the Verschaltelementpositionier- - and clamping device 10 is first transported to a receiving station for receiving the Verschaltelements. There are either manually or automatically moved the holding jaws in the receiving position and then
  • the Verschaltelementpositionier- and -spannvorraum 10 is moved to the already provided with a holding core as a machine holder housing. There, the positioning of the Verschaltelementpositionier- and - clamping device 10 via the insertion of the
  • Peripheral Positioning 24 is provided the correct position.
  • the elements 50, 52 of the conductor end positioning and tensioning device 16 are preferably already in the receiving position when the switching-element positioning and clamping device 10 is placed on the housing, wherein the first recess 64 has a greatest overlap with the second recess 66. In the large receiving openings thus formed are then
  • panel positioning and tensioning device 10 has been described in detail with reference to a preferred embodiment, the invention is by no means limited thereto and there are many other possible embodiments in which devices or elements described herein are omitted or otherwise embodied.
  • Retaining elements - in particular holding jaws 42a, 42b - for holding the Verschaltelements and the first and second elements 50, 52 for clamping the connecting leads by means of springs 44, 54 or other energy storage preferably elastically biased.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Manufacture Of Motors, Generators (AREA)

Abstract

Zur Erleichterung einer industriellen Fertigung von Bauelementen einer elektrischen Maschine schafft die Erfindung eine Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung (10) zum Positionieren und Verspannen von Verschaltelementanschlussleitern mit Maschinenelementanschlussleitern zwecks Verbinden und Anschließen eines Verschaltelements mit einem Maschinenelement einer elektrischen Maschine, umfassend: eine Maschinenelementpositionier- und -befestigungseinrichtung (12) zum Positionieren der Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung (16) relativ zu dem Maschinenelement und zum Befestigen der Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung (16) an dem Maschinenelement, eine Verschaltelementhalteeinrichtung (14) zum Halten des Verschaltelements an der Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung (10) und eine Leiterendenpositionier- und -spanneinrichtung (16) zum Positionieren und Miteinanderverspannen von Verschaltelementanschlussleitern und Maschinenelementanschlussleitern.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Positionieren und Verspannen von
Verschaltelementanschlussleitern
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Positionieren und Verspannen von Verschaltelementanschlussleitern. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung zum
Positionieren und Verspannen von Verschaltelementanschlussleitern mit
Maschinenelementanschlussleitern zwecks Verbinden und Anschließen eines Verschaltelements mit einem Maschinenelement einer elektrischen Maschine. Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Anschließen eines
Verschaltelements an ein Maschinenelement einer elektrischen Maschine, umfassend eine derartige Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung und eine Verbindungsvorrichtung zum elektrischen und mechanischen Verbinden der Verschaltelementanschlussleiter mit den Maschinenelementanschlussleitern. Weiter betrifft die Erfindung ein Verschaltelementpositionier- und -spannverfahren zum Positionieren und Verspannen von Verschaltelementanschlussleitern mit Maschinenelementanschlussleitern zwecks Verbinden und Anschließen eines Verschaltelements mit einem Maschinenelement einer elektrischen Maschine.
Unter elektrischen Maschinen werden insbesondere Maschinen zum Umwandeln elektrischer Energie in Bewegungsenergie und Maschinen zum Umwandeln von Bewegungsenergie in elektrische Energie verstanden. Insbesondere sind darunter Elektromotoren und Generatoren zu verstehen.
Bei der Herstellung von Maschinenelementen derartiger elektrischer Maschinen, wie beispielsweise Statoren oder Rotoren, ist es oft erforderlich, Enden von aus Drähten gebildeten Leitern miteinander zu verbinden oder sonst wie gemeinsam zu verarbeiten, wie z.B. gemeinsam zu schneiden oder zu formen. Zum Beispiel gibt es Elektromotoren, bei denen Spulenwicklungen, insbesondere des Stators, aus unterschiedlichen Drahtstücken gebildet werden, deren Enden dann miteinander verbunden werden. Es sind bereits Vorrichtungen und Verfahren zum Verbinden von Drahtenden von Hairpins zum Bilden von Statorwicklungen von elektrischen Maschinen vorgeschlagen worden, bei denen die Drahtenden miteinander verschweißt werden. Hierbei sind Vorrichtungen und Verfahren zum Positionieren und Verspannen der Drahtenden vor dem Verschweißen
vorgesehen.
In den deutschen Patentanmeldungen
[1 ] DE 10 2018 103 926.3,
[2] DE 10 2018 103 929.8 und
[3] DE 10 2018 103 930.1 ,
auf die für weitere Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird, werden
Vorrichtungen und Verfahren zum Umformen von Drahtenden von Hairpins und ein Herstellverfahren für ein Bauteil einer elektrischen Maschine unter
Verwendung derselben beschrieben. Die in diesen früheren Patentanmeldungen beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren dienen insbesondere zum Umformen der„normalen“ Hairpin-Drahtenden, die miteinander verbunden werden, um so Spulenwicklungen zu bilden. Das Verbinden erfolgt z.B. mittels Schweißen, wozu es vorteilhaft ist, in der deutschen Patentanmeldung
[4] DE 10 2018 103 100.9,
auf die für weitere Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird, beschriebene und gezeigte Vorrichtungen und Verfahren zum Positionieren und Spannen der Hairpin-Drahtenden zu verwenden.
Beispielsweise können auf diese Weise Spulenwicklungen mehrerer Phasen eines Bauteils einer elektrischen Maschine, wie z.B. eines Stators eines Elektromotors, hergestellt werden. Zum Anschließen der Phasen können einige Drahtenden als Anschlussleiter dienen. Dies kann z.B. über mehrere Sonderpins geschehen. Z.B. können einige der Hairpins längere Drahtenden bereitstellen, die dann als
Verschaltelementanschlussleiter dienen, welche dann mit einem Verschaltelement verbunden werden sollen. Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, Vorrichtungen und Verfahren zu schaffen, mit denen das Anschließen von Verschaltelementanschlussleitern eines Bauteils einer elektrischen Maschine an ein Verschaltelement zur industriellen Großserienfertigung verbessert wird.
Zum Lösen dieser Aufgabe schafft die Erfindung eine Vorrichtung gemäß
Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß dem Nebenanspruch.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung schafft eine Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung zum Positionieren und Verspannen von Verschaltelementanschlussleitern mit Maschinenelementanschlussleitern zwecks Verbinden und Anschließen eines Verschaltelements mit einem Maschinenelement einer elektrischen Maschine, umfassend:
eine Maschinenelementpositionier- und -befestigungseinrichtung zum
Positionieren der Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung relativ zu dem Maschinenelement und zum Befestigen der Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung an dem Maschinenelement,
eine Verschaltelementhalteeinrichtung zum Halten des Verschaltelements an der Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung und
eine Leiterendenpositionier- und -spanneinrichtung zum Positionieren und Miteinanderverspannen von Verschaltelementanschlussleitern und
Maschinenelementanschlussleitern.
Es ist bevorzugt, dass die Verschaltelementhalteeinrichtung wenigstens eine mechanisch in eine Halteposition vorgespannte Haltebacke aufweist.
Es ist bevorzugt, dass die Leiterendenpositionier- und -spannvorrichtung mechanisch in eine Spannposition vorgespannt ist.
Es ist bevorzugt, dass die Maschinenelementpositionier- und - befestigungseinrichtung einen Haltekern zum Eingreifen in ein ringförmiges Gehäuse des Maschinenelements und zum formschlüssigen und/oder reibschlüssigen Erfassen des Gehäuses in definierter Position in Axialrichtung, Umfangsrichtung und Radialrichtung als Maschinenelementhalter aufweist.
Es ist bevorzugt, dass die Maschinenelementpositionier- und - befestigungseinrichtung eine Maschinenelementbefestigungsschnittstelle zur Befestigung an einem fest und positioniert mit dem Maschinenelement
verbundenen Maschinenelementhalter aufweist.
Es ist bevorzugt, dass die Maschinenelementpositionier- und - befestigungseinrichtung eine Transportbefestigungsschnittstelle zur Befestigung an einer Transportvorrichtung aufweist.
Es ist bevorzugt, dass die Maschinenelementpositionier- und - befestigungseinrichtung eine Axialpositioniereinheit zur axialen Positionierung der Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung relativ zu einer Mittelachse des Maschinenelements aufweist.
Es ist bevorzugt, dass die Maschinenelementpositionier- und - befestigungseinrichtung eine Radialpositioniereinheit zur radialen Positionierung der Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung relativ zu einer
Mittelachse des Maschinenelements und/oder zum Ausrichten einer Mittelachse der Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung auf einer Mittelachse des Maschinenelements aufweist.
Es ist bevorzugt, dass die Maschinenelementpositionier- und - befestigungseinrichtung eine Umfangspositioniereinheit zur Positionierung der Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung in Umfangsrichtung relativ zu einer Mittelachse des Maschinenelements aufweist.
Es ist bevorzugt, dass die Axialpositioniereinheit wenigstens einen Vorsprung oder Stift zur Auflage auf dem Maschinenelement und/oder dem
Maschinenelementhalter aufweist. Es ist bevorzugt, dass die Radialpositioniereinheit eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Passfläche oder Mantelfläche an der
Maschinenelementbefestigungsschnittstelle zum Erfassen einer
korrespondierenden Passfläche oder Mantelfläche an dem
Maschinenelementhalter aufweist.
Es ist bevorzugt, dass die Umfangspositioniereinheit einen Vorsprung oder Rücksprung oder eine Passfeder an der
Maschinenelementbefestigungsschnittstelle zum Erfassen einer entsprechenden Rücksprungsausbildung oder Vorsprungsausbildung oder Passfederaufnahme an dem Maschinenelementhalter aufweist.
Es ist bevorzugt, dass die Verschaltelementhalteeinrichtung wenigstens eine gefederte Haltebacke oder eine erste und eine zweite gefederte Haltebacke aufweist.
Es ist bevorzugt, dass die Verschaltelementhalteeinrichtung wenigstens ein mittels eines mechanischen Kraftspeichers in eine Halteposition zum Verspannen des Verschaltelements vorgespanntes Halteelement aufweist.
Es ist bevorzugt, dass die Verschaltelementhalteeinrichtung wenigstens ein/eine automatisch oder manuell zwischen einer Halteposition und einer Freigabeposition bewegbare(s) Halteelement oder Haltebacke aufweist.
Es ist bevorzugt, dass die Verschaltelementhalteeinrichtung dazu ausgebildet ist, in einer Aufnahmestellung das Verschaltelement aufzunehmen und in einer Haltestellung das Verschaltelement durch Reibschluss oder/und Formschluss festzuhalten.
Es ist bevorzugt, dass die Leiterendenpositionier- und -spanneinrichtung ein erstes Element und ein relativ zu dem ersten Element bewegbares zweites Element aufweist, um Verschaltelementanschlussleiter und
Maschinenelementanschlussleiter zwischen den Elementen zu positionieren und zu verspannen. Es ist bevorzugt, dass das erste und das zweite Element durch einen
mechanischen Kraftspeicher oder wenigstens eine Feder in eine Spannstellung vorgespannt sind.
Es ist bevorzugt, dass das erste und/oder das zweite Element scheibenförmig oder ringförmig und/oder als Spannscheiben ausgebildet sind.
Es ist bevorzugt, dass das erste und/oder das zweite Element relativ zueinander drehbar gelagert sind.
Es ist bevorzugt, dass das erste Element eine erste Ausnehmung und das zweite Element eine zweite Ausnehmung aufweist, wobei die erste Ausnehmung und/oder die zweite Ausnehmung sich von einem weiteren Bereich zu einem engeren Bereich hin verjüngen und/oder wenigstens eine sich in
Relativbewegungsrichtung der Elemente erstreckende zumindest teilweise schräg verlaufende Berandung aufweisen und wobei die erste und die zweite
Ausnehmung sich zumindest teilweise überlappen und sich mit zumindest teilweise sich quer zu der Relativbewegungsrichtung der Elemente erstreckenden Berandungen bei Relativbewegungen der Elemente aneinander annähern.
Es ist bevorzugt, dass wenigstens eines der Elemente eine Schrägführung zum Einführen von Leitern in eine vorbestimmte Position aufweist.
Es ist bevorzugt, dass das erste und das zweite Element konzentrisch zueinander drehbar sind.
Es ist bevorzugt, dass das erste und/oder das zweite Element zentral gelagert sind.
Es ist bevorzugt, dass ein mechanischer Kraftspeicher das erste und das zweite Element in eine Spannstellung vorspannt. Es ist bevorzugt, dass das erste und zweite Element jeweils einen in Radialrichtung vorstehenden Ausleger aufweist, wobei die Ausleger über wenigstens eine Feder miteinander verbunden sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung eine Vorrichtung zum
Anschließen eines Verschaltelements an ein Maschinenelement einer elektrischen Maschine, umfassend eine Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung nach einer der voranstehenden Ausgestaltungen und eine Verbindungsvorrichtung zum elektrischen und mechanischen Verbinden der
Verschaltelementanschlussleiter mit den Maschinenelementanschlussleitern.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung ein
Verschaltelementpositionier- und -spannverfahren zum Positionieren und
Verspannen von Verschaltelementanschlussleitern mit
Maschinenelementanschlussleitern zwecks Verbinden und Anschließen eines Verschaltelements mit einem Maschinenelement einer elektrischen Maschine, umfassend:
a) Positionieren einer Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung relativ zu dem Maschinenelement und Befestigen der Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung an dem Maschinenelement,
b) Halten des Verschaltelements an der Verschaltelementpositionier- und - spannvorrichtung und
c) Positionieren und Miteinanderverspannen von
Verschaltelementanschlussleitern und Maschinenelementanschlussleitern mittels der Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung.
Es ist bevorzugt, dass Schritt b) umfasst: Halten des Verschaltelements mittels wenigstens einer mechanisch in eine Halteposition vorgespannten Haltebacke.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass Schritt b) umfasst: Zustellen wenigstens einer Haltebacke zu dem Verschaltelement, um dieses an der wenigstens einen Haltebacke zu halten und/oder Arretieren der wenigstens einen Haltebacke mittels einer Arretiereinrichtung, insbesondere durch Schrauben, Haken, Spanner oder dergleichen. Es ist bevorzugt, dass Schritt c) umfasst: Verspannen der Leiter mittels eines mechanischen Kraftspeichers oder wenigstens einer Feder.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass Schritt c) umfasst: Zustellen wenigstens eines ersten und eines zweiten Elements zum Verspannen der Leiter dazwischen und Arretieren des ersten und zweiten Elements mittels einer
Arretiereinrichtung, insbesondere durch Schrauben, Spanner oder dergleichen.
Es ist bevorzugt, dass Schritt a) umfasst:
a1 ) Erfassen eines ringförmigen Gehäuses des Maschinenelements mittels Einführen eines als Maschinenelementhalter zu verwendenden Haltekerns in das Gehäuse und formschlüssiges und/oder reibschlüssiges relatives Fixieren des Gehäuses und des Haltekerns in definierter Position in Axialrichtung,
Umfangsrichtung und Radialrichtung.
Es ist bevorzugt, dass Schritt a) umfasst:
a2) Befestigung der Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung an einem fest und positioniert mit dem Maschinenelement verbundenen
Maschinenelementhalter.
Es ist bevorzugt, dass Schritt a) umfasst:
a3) Transportieren und/oder Bewegen der Verschaltelementpositionier- und - spannvorrichtung mittels einer an einer Transportbefestigungsschnittstelle zu befestigenden Transportvorrichtung.
Es ist bevorzugt, dass Schritt a) umfasst:
a4) axiales Positionieren der Verschaltelementpositionier- und - spannvorrichtung entlang einer Mittelachse des Maschinenelements durch Auflegen eines Anschlages, eines Vorsprungs oder wenigstens eines Stifts der Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung an dem Maschinenelement oder dem Maschinenelementhalter. Es ist bevorzugt, dass Schritt a) umfasst:
a5) radiales Positionieren der Verschaltelementpositionier- und - spannvorrichtung relativ zu einer Mittelachse des Maschinenelements und/oder Ausrichten einer Mittelachse der Verschaltelementpositionier- und - spannvorrichtung auf einer Mittelachse des Maschinenelements.
Es ist bevorzugt, dass Schritt a) umfasst:
a6) Ausrichten einer Mittelachse der Verschaltelementpositionier- und - spannvorrichtung auf einer Mittelachse des Maschinenelements mittels komplementärer sich in Umfangsrichtung erstreckender Passflächen an der Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung und dem
Maschinenelementhalter.
Es ist bevorzugt, dass Schritt a) umfasst:
a7) Positionieren der Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung in Umfangsrichtung relativ zu einer Mittelachse des Maschinenelements durch wenigstens eine Passfeder oder sonstige komplementäre Vorsprungs- /Rücksprungsausbildungen, die zwischen der Verschaltelementpositionier- und - spannvorrichtung und dem Maschinenelementhalter gebildet sind.
Es ist bevorzugt, dass Schritt b) umfasst:
b1 ) Verwenden wenigstens einer gefederten Haltebacke oder einer ersten und einer zweiten gefederten Haltebacke.
Es ist bevorzugt, dass Schritt b) umfasst:
b2) Vorspannen wenigstens eines Halteelements mittels eines mechanischen Kraftspeichers in eine Halteposition zum Verspannen des Verschaltelements.
In einer Variante umfasst der Schritt b2) Zustellen wenigstens eines
Halteelements und Arretieren des wenigstens einen Halteelements in der Halteposition.
Es ist bevorzugt, dass Schritt b) umfasst: b3) automatisches oder manuelles Bewegen wenigstens eines Halteelements oder einer Haltebacke zwischen einer Halteposition und einer Freigabeposition.
Es ist bevorzugt, dass Schritt b) umfasst:
b4) Aufnehmen des Verschaltelements in einer sich in einer Aufnahmestellung befindlichen Verschaltelementhalteeinrichtung und Überführen der
Verschaltelementhalteeinrichtung in eine Haltestellung zum Halten des
Verschaltelements an der Verschaltelementhalteeinrichtung durch Reibschluss oder/und Formschluss.
Es ist bevorzugt, dass Schritt c) umfasst:
Relativbewegen eines ersten Elements und eines zweiten Elements, um
Verschaltelementanschlussleiter und Maschinenelementanschlussleiter zwischen den Elementen zu positionieren und zu verspannen.
Es ist bevorzugt, dass Schritt c) umfasst:
d ) Vorspannen des ersten und des zweiten Elements durch einen
mechanischen Kraftspeicher oder wenigstens eine Feder in eine Spannstellung.
In einer Variante umfasst Schritt c1 ): Verspannen des ersten und zweiten Elements, insbesondere manuell oder mittels einer automatischen oder maschinellen Zustelleinheit, und Arretieren des ersten und zweiten Elements in der Spannstellung.
Es ist bevorzugt, dass Schritt c) umfasst:
c2) Verwenden von scheibenförmigen oder ringförmigen Elementen und/oder von Spannscheiben als erstes und/oder zweites Element.
Es ist bevorzugt, dass Schritt c) umfasst:
c3) relatives Drehen des ersten und/oder des zweiten Elements zueinander.
Es ist bevorzugt, dass Schritt c) umfasst:
c4) Aufnehmen, Positionieren und Spannen der Anschlussleiter in einer ersten Ausnehmung des ersten Elements und einer zweiten Ausnehmung des zweiten Elements, wobei wenigstens eine Ausnehmung sich von einem weiteren Bereich zu einem engeren Bereich hin verjüngt und/oder wenigstens eine sich in
Relativbewegungsrichtung der Elemente erstreckende zumindest teilweise schräg verlaufende Berandung aufweist und wobei die erste und die zweite Ausnehmung sich zumindest teilweise überlappen und sich mit zumindest teilweise sich quer zu der Relativbewegungsrichtung der Elemente erstreckenden Berandungen bei Relativbewegungen der Elemente aneinander annähern.
Es ist bevorzugt, dass Schritt c) umfasst:
c5) Einführen von Anschlussleitern in eine vorbestimmte Position mittels wenigstens einer Schrägführung an wenigstens einem der Elemente.
Es ist bevorzugt, dass Schritt c) umfasst:
c6) konzentrisches Drehen der Elemente in entgegengesetzter Richtung zueinander.
Es ist bevorzugt, dass Schritt c) umfasst:
c7) Drehen des ersten und/oder zweiten Elements um eine Mittelachse der Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung. c8) Vorspannen des ersten und des zweiten Elements in eine Spannstellung mittels eines mechanischen Kraftspeichers.
Es ist bevorzugt, dass Schritt c) umfasst:
c9) Verspannen des ersten und des zweiten Elements mittels wenigstens einer an in Radialrichtung vorstehenden Auslegern angreifenden Feder.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung ein Verfahren zum
Anschließen eines Verschaltelements an ein Maschinenelement einer elektrischen Maschine, umfassend Durchführen des Verschaltelementpositionier- und - spannverfahrens nach einer der voranstehenden Ausgestaltungen und
elektrisches und mechanisches Verbinden der so positionierten und miteinander verspannten Anschlussleiter des Verschaltelements und des Maschinenelements. Ausgestaltungen der Erfindung werden vorzugsweise in einem Verfahren zur Herstellung eines Bauteils einer elektrischen Maschine verwendet, wie es genauer in den Patentanmeldungen [1 ], [2] und [3] beschrieben ist, um die Phasen eines mit einem solchen Verfahren hergestellten Bauteils elektrisch anzuschließen.
Im Folgenden werden Vorteile der Erfindung oder deren bevorzugter
Ausgestaltungen näher erläutert.
Ausgestaltungen der Erfindung sind insbesondere vorteilhaft in der industriellen Großfertigung eines Bauteils einer elektrischen Maschine, wie insbesondere eines Stators eines Elektromotors oder Generators. Z.B. kann der Stator drei Phasen aufweisen, die entsprechende Spulenwicklungen umfassen.
Um die z.B. drei Phasen eines Elektromotors an eine Leistungselektronik anzuschließen, wird vorzugsweise ein Element zur entsprechenden Verschaltung (nachfolgend Verschaltelement genannt) mit Hairpins (Beispiel für
Maschinenelementanschlussleitern) des Elektromotors verschweißt.
Mit bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung ist es möglich, das
Verschaltelement in der Lage sehr genau zum Stator zu positionieren.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung haben den Vorteil, dass mit den Anschlüssen des Verschaltelements (Beispiel für Verschaltelementanschlussleiter) zu verschweißende Hairpins (Beispiel für Maschinenelementanschlussleiter) in radialer und tangentialer Richtung zu den entsprechenden Anschlüssen des Verschaltelements ausgerichtet werden können.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung bieten insbesondere einen, mehrere oder alle der folgenden Vorteile:
• Vorzugsweise wird eine genaue Positionierung des Verschaltelements zum Stator gewährleistet. Damit können in nachfolgenden Montageschritten exakt die drei Phasen des Elektromotors automatisiert mit der
Leistungselektronik verbunden werden. • Außerdem kann vorzugsweise durch eine genaue Positionierung
gewährleistet werden, dass ein zulässiger Bauraum des Stators inklusive des Verschaltelements nicht überschritten wird.
• Vorzugsweise werden die Anschlüsse des Verschaltelements mit den
entsprechenden Hairpins gespannt. Dies ist vorteilhaft, um die durch den Schweißprozess vorgegebenen Anforderungen an die
Positioniergenauigkeit der beiden Schweißpartner zu erfüllen.
• Vorteilhaft werden Spannung und Positionierung des Verschaltelements mit den Hairpins mittels einer Vorrichtung außerhalb der Schweißanlage durchgeführt.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung haben den Vorteil, dass sie ohne jegliche Strom- und Fluidversorgung die Positionier- und
Spannaufgabe erfüllen.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind für das Handling in
einem automatisierten Montagevorgang, beispielsweise über einen Roboter oder ein anderes verfahrbares Portal, entsprechend ausgeführt.
Vorzugsweise verfügen sie über eine entsprechende Anschlusseinrichtung hierfür.
Vorzugsweise ermöglicht die Vorrichtung die Positionierung des
Verschaltelements zum Stator in X-Y-Z-Richtung. Vorzugsweise wird die
Vorrichtung hierfür von Hand oder automatisiert auf einen sich im Blechpaket des Stators befindlichen„Kern" aufgesetzt. Vorzugsweise ist dieser Kern in X-Y-Z- Richtung zum Blechpaket ausgerichtet und fest mit diesem verbunden.
Vorzugsweise wird die Vorrichtung über die Mantelflache zur Stator-Mittelachse (X-Y-Richtung) positioniert. Vorzugsweise wird die Vorrichtung über eine
Passfeder rotatorisch (um die Z-Achse) positioniert. Vorzugsweise erfolgt die Positionierung in Z-Richtung über mehrere, z.B. drei oder mehr, Stifte, die auf dem Blechpaket aufliegen.
Vorzugsweise wird das Verschaltelement über gefederte Backen in der
Vorrichtung gehalten. Die erfolgt vorzugsweise in der folgenden Weise: Sind die Federn in einem stärker gespannten Zustand, kann ein Verschaltelement an entsprechenden Greifstellen aufgenommen werden. Sind die Federn in einem weniger stark gespannten Zustand, ist das Verschaltelement aufgenommen und positioniert. Das Spannen der Federn, insbesondere von dem weniger gespannten Zustand in den stärker gespannten Zustand kann dabei manuell oder automatisch erfolgen. Die Spannung in dem weniger stark gespannten Zustand wird dabei - z.B. durch Dimensionierung der Federn und Anordnung deren Gegenlager - so eingestellt, dass die verbleibende Spannkraft zum sicheren Flalten des
Verschaltelements ausreicht.
Vorzugsweise wird die Spannkraft zum Spannen der Anschlüsse des
Verschaltelements zu den jeweiligen Flairpins durch wenigstens eine Feder erzeugt. Dies erfolgt vorzugsweise in der folgenden Weise: Ist die Feder in einem stärker gespannten Zustand, sind die Anschlüsse und die Flairpins nicht gespannt. Ist die Feder in einem weniger gespannten Zustand, sind die Anschlüsse und die Flairpins gespannt. Das Spannen der Federn, insbesondere von dem weniger gespannten Zustand in den stärker gespannten Zustand, kann dabei manuell oder automatisch erfolgen. Die Spannkraft wird vorzugsweise über rotierende Scheiben übertragen. Die Spannung in dem weniger stark gespannten Zustand wird dabei - z.B. durch Dimensionierung der Feder und Anordnung deren Gegenlager - so eingestellt, dass die verbleibende Spannkraft zum Zusammenpressen und somit Verspannen der Anschlüsse zwischen den Elementen ausreicht, um ein sicheres Festhalten der Anschlüsse in ihrer Position zu erreichen.
Vorzugsweise besitzen die rotierenden Scheiben zum Spannen entsprechend ausgeführte Durchbrüche, durch die die Anschlüsse des Verschaltelements mit den Flairpins gespannt werden. Das Spannen der Flairpins erfolgt dabei vorzugsweise mit einem Positionier- und Spannmechanismus, wie er genauer in der früheren Patentanmeldung [4] beschrieben und gezeigt ist. Es wird für weitere Einzelheiten ausdrücklich auf diese frühere Patentanmeldung verwiesen.
Vorzugsweise sind, um den zum Spannen vorgesehenen rotatorischen
Freiheitsgrad zu erzeugen, die Scheiben in der Mitte entsprechend gelagert.
Im Folgenden werden weitere Vorteile bevorzugter Ausgestaltungen der Erfindung gegenüber bisher bekannten Vorrichtungen und Verfahren näher erläutert. Vorzugsweise sind sowohl der Positionier- als auch der Spannmechanismus so ausgeführt, dass die Vorrichtung keinerlei Strom- oder Fluidversorgung benötigt. Dadurch ist es möglich, das Verschaltelement außerhalb einer Schweißanlage oder dergleichen in die Vorrichtung einzulegen und dadurch die Anschlüsse des Verschaltelements mit den jeweiligen Hairpins oder sonstigen
Maschinenelementanschlussleitern zu spannen. Die mechanischen Prozesse des Positionierens und Spannens sind somit abgekoppelt vom kostenintensiven Schweißprozess oder einem sonstigen bei anderen Ausgestaltungen
durchzuführenden Verbindungsprozeß.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung ist so ausgeführt, dass die Hairpins mit dem Verschaltelement von oben verschweißt oder sonst wie verbunden werden können, ohne dass die Vorrichtung abgenommen werden muss.
Außerdem ist es so vorzugsweise möglich, den Stator (oder das sonstige Bauteil der elektrischen Maschine) zusammen mit der Vorrichtung und dem gespannten und positionierten Verschaltelement zu transportieren.
Alternativ kann die Vorrichtung auch mithilfe von entsprechenden Bauelementen, ohne einen Kern, direkt auf dem Bauteil, z.B. Stator, positioniert werden;
beispielsweise über einen auf dem Bauteil, z.B. Stator, aufliegenden Ring, der sich über die Mantelflache, die Stirnfläche sowie eine Nut zum Bauteil (z.B. Stator) ausrichtet.
Es wäre auch möglich, die Vorrichtung in der Schweißanlage (oder sonstigen Anlage zum Verbinden mittels alternativer Verbindungstechniken) zu verbauen und das Verschaltelement händisch oder automatisiert von außen in die
Schweißanlage oder dgl. einzubringen.
Die federnde Spannung könnte mit alternativen Kraftspeichern betrieben werden. Wenn Federn oder Federanordnungen verwendet werden, könnten diese mit Druckfedern und/oder mit Zugfedern betrieben werden. Vorzugsweise werden Schraubenfedern eingesetzt. Ein Ausführungsbeispiel wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische schematische Ansicht einer
Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung zum Positionieren und Verspannen von Verschaltelementanschlussleitern mit Maschinenelementanschlussleitern im Rahmen der Fierstellung eines Bauteils einer elektrischen Maschine;
Fig. 2 eine Ansicht der Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung von unten in Figur 1 und
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer an der Unterseite der
Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung vorgesehenen Maschinenelementbefestigungsschnittstelle.
In den Figuren ist eine Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung 10 dargestellt, die im Rahmen der Fierstellung eines Maschinenelements einer elektrischen Maschine wie z. B. eines Stators eines Elektromotors dazu
verwendbar ist, Verschaltelementanschlussleiter eines Verschaltelements mit Maschinenelementanschlussleitern des Maschinenelements der elektrischen Maschine zu verbinden und somit das Verschaltelement mit dem
Maschinenelement zu verbinden.
Die Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung 10 ist insbesondere in einem Fierstellverfahren zum Fierstellen eines Stators verwendbar, wie es näher in den oben genannten früheren Patentanmeldungen [1 ], [2] und [3] beschrieben und gezeigt ist. Es wird für weitere Einzelheiten für das Fierstellverfahren ausdrücklich auf [1 ], [2] und/oder [3] verwiesen.
In diesen früheren Patentanmeldungen [1 ] bis [3] ist beschrieben und dargestellt, wie ein Maschinenelement zum Bilden eines Stators dadurch herstellbar ist, dass in ein aus einem Blechpaket gebildeten Gehäuse haarspangenähnliche Drahtstücke (sogenannte Hairpins) eingeführt werden, wobei die freien
Drahtenden derselben aus dem Gehäuse hervorstehen. Diese werden dann anschließend geweitet und verschränkt und dann zum Bilden von
Spulenwicklungen miteinander verbunden. So können mehrere Phasen des späteren Stators der elektrischen Maschine gebildet werden.
Um den Stator herzustellen, sollen die Phasen in einer industriellen
Großserienfertigung an ein Verschaltelement angeschlossen werden, um so die Phasen elektrisch anzusteuern und mit Energie zu versorgen. Hierzu sind einige der Hairpins als Sonderpins ausgeführt, welche zum Anschließen an das
Verschaltelement dienen. Derartige Sonderpins sind Beispiele für die
Maschinenelementanschlussleiter, die mit Verschaltelementanschlussleitern des Verschaltelements zu verbinden sind. Das nicht dargestellte Verschaltelement weist beispielsweise ein quaderförmiges Gehäuse auf, aus dem die
Verschaltelementanschlussleiter, welche mit den
Maschinenelementanschlussleitern zu verbinden sind, herausragen. Die
Anschlussleiter sind vergleichbar wie die Hairpins geformt. Bezüglich der Form und der Ausbildung dieser Leiter wird ausdrücklich auf die früheren
Patentanmeldungen [1 ], [2] und [3] verwiesen. Demnach sind die Anschlussleiter beispielsweise aus Drähten mit im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt geformt, welche derart ausgebildet sind, dass sie die entsprechenden Leistungen eines für einen Fahrmotor eines Fahrzeugs geeigneten Elektromotors aufnehmen können. Der Fahrmotor soll beispielsweise einen Leistungsbereich zwischen 20 kW und 400 kW aufweisen.
Die Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung 10 weist eine
insbesondere in den Figuren 2 und 3 dargestellte Maschinenelementpositionier- und -befestigungseinrichtung 12, eine Verschaltelementhalteeinrichtung 14 und eine Leiterendenpositionier- und -spanneinrichtung 16 auf.
Die Maschinenelementpositionier- und -befestigungseinrichtung 12 ist zum
Positionieren der Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung 10 relativ zu dem Maschinenelement und zum Befestigen der Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung 10 in dem Maschinenelement ausgebildet. Sie ist derart ausgebildet, dass die Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung 10 in exakter Lage zu dem Maschinenelement, aus dem die
Maschinenelementanschlussleiter, welche mit dem
Verschaltelementanschlussleiter des Verschaltelements zu verbinden sind, herausragen, zu positionieren ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Maschinenelementpositionier- und -befestigungseinrichtung 12 hierzu einen (nicht dargestellten) Haltekern auf, der fest in dem Maschinenelement befestigt werden kann. Das Maschinenelement weist beispielsweise das Gehäuse eines Stators auf, wobei das Gehäuse ringförmig ausgebildet ist und Nuten aufweist, in die die Drahtenden zum Bilden der Spulenwicklungen eingeführt sind. Es wird diesbezüglich ausdrücklich auf [1 ] - [3] verwiesen. Der Haltekern ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass er in das Innere dieses Gehäuses eingesetzt ist und an Innenwänden des Gehäuses in exakter radialer, axialer und tangentialer (in Umfangsrichtung) Lage positioniert ist. Der Haltekern ist zum Eingreifen in das ringförmige Gehäuse des
Maschinenelements und zum formschlüssigen und/oder reibschlüssigen Erfassen des Gehäuses in definierter Position in Axialrichtung, in Umfangsrichtung und in Radialrichtung ausgebildet und dient als Maschinenelementhalter.
Die Maschinenelementpositionier- und -befestigungseinrichtung 12 weist weiter eine Maschinenelementbefestigungsschnittstelle 18 auf. Diese ist zur Befestigung an dem Maschinenelementhalter ausgebildet. Durch komplementär ausgebildete Passflächen an dem Maschinenelementhalter und der
Maschinenelementbefestigungsschnittstelle 18 sind an der
Maschinenelementpositionier- und -befestigungseinrichtung 12 eine
Axialpositioniereinheit 20, eine Radialpositioniereinheit 22 und eine
Umfangspositioniereinheit 24 ausgebildet.
Hierzu ist die Maschinenelementbefestigungsschnittstelle 18 z. B. als Vorsprung ausgebildet, der von einer Seite der Verschaltelementpositionier- und - spannvorrichtung 10 vorsteht. Insbesondere kann die
Maschinenelementbefestigungsschnittstelle 18 an einem zentralen Haltekörper 26 ausgebildet sein, welcher zum Beispiel mittig in der Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung 10 vorgesehen ist und an dem die anderen Elemente der Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung 10 gelagert sind.
Wie in Fig. 1 dargestellt, kann an der der
Maschinenelementbefestigungsschnittstelle 18 entgegengesetzten Seite des Haltekörpers 26 eine Transportbefestigungsschnittstelle 28 zur Befestigung an einer nicht dargestellten Transportvorrichtung vorgesehen sein. Die
Transportbefestigungsschnittstelle 28 weist zum Beispiel einen Aufnahmering 30 auf, in den ein Eingreifende eines Roboterarms eingreifen kann, wobei eine exakte Positionierung an dem Roboterarm über Vorsprungs-/Rücksprungsausbildungen, beispielsweise an Nuten 32, erfolgen kann.
Die Maschinenelementpositionier- und -befestigungseinrichtung 12 weist somit den Haltekörper 26 auf, an dem an der einen Seite die
Maschinenelementbefestigungsschnittstelle 18 und an der anderen Seite die Transportbefestigungsschnittstelle 28 ausgebildet ist.
Wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich, weist die als Vorsprung ausgebildete
Maschinenelementbefestigungsschnittstelle 18 einen Einführkörper 34 zum
Einführen in den Haltekern auf. Der Einführkörper 34 ist in der dargestellten Ausführungsform im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet, wobei ein
Kantenbereich 36 an dem freien Ende des Einführkörpers 34 abgeschrägt ist. Eine Umfangswand des Einführkörpers 34 dient als Passfläche zur Positionierung der Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung 10 in x-Richtung und y- Richtung und somit als Radialpositioniereinheit 22.
Von dieser Umfangsfläche des Einführköpers 34 ragt wenigstens eine Passfeder 38 in Radialrichtung vor. Bei der dargestellten Ausführung sind an
gegenüberliegenden Seiten mehrere Passfedern 38 vorgesehen. Diese
Passfedern 38 dienen zur Positionierung des Haltekörpers 26 und somit der gesamten Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung 10 relativ zu dem Maschinenelementhalter in Umfangsrichtung und somit als
Umfangspositioniereinheit 24. Endflächen der Passfedern 38 und/oder des
Einführkörpers 34 können als Anschlagsflächen zur axialen Positionierung dienen, so dass diese einen Teil der Axialpositioniereinheit 20 bilden können, alternativ oder zusätzlich können auch Stifte 40 vorgesehen sein, mit denen die
Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung 10 auf dem Gehäuse aufliegt und so die axiale Position relativ zu diesem Gehäuse genau positioniert wird.
Der nicht dargestellte Haltekern weist komplementär zu der Form des in Fig. 3 dargestellten Einführkörpers 34 ausgebildete Öffnung mit entsprechenden
Passflächen auf.
Die Verschaltelementhalteeinrichtung 14 und die Leiterendenpositionier- und - spanneinrichtung 16 funktionieren ohne externe Anschlüsse, also ohne
Fluidleitung oder Elektroleitung. Vorzugsweise weisen sie rein mechanische Kraftspeicher als Vorspannelemente auf.
Insbesondere weist die Verschaltelementhalteeinrichtung 14 einen oder mehrere mechanisch in eine Halteposition vorgespannte Haltebacke(n) 42a, 42b auf. So ist die Leiterendenpositionier- und -spanneinrichtung 16 mechanisch in eine
Spannposition vorgespannt.
Wie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich, weist die
Verschaltelementhalteeinrichtung 14 eine erste gefederte Haltebacke 42a und zweite gefederte Haltebacke 42b auf. Die Haltebacken 42a, 42b sind
Halteelemente, die mittels eines mechanischen Kraftspeichers in einer
Halteposition zum Verspannen des Verschaltelements vorgespannt sind. Als mechanische Kraftspeicher sind insbesondere Druckfedern 44 vorgesehen.
Die Haltebacken 42a, 42b sind automatisch oder manuell zwischen einer
Halteposition und einer Freigabeposition bewegbar. Sie werden durch die
Kraftspeicher - z B. Druckfedern 44 - in der Halteposition gehalten und lassen sich entgegen der Vorspannkraft der Kraftspeicher in die Freigabeposition bewegen.
Bei einer manuellen Ausbildung werden hierzu die Haltebacken 42a, 42b entgegen der Vorspannung in die Freigabeposition bewegt und dann das
Verschaltelement dazwischen eingefügt, so dass durch Loslassen der
Haltebacken 42a, 42b das Verschaltelement an der Verschaltelementhalteeinrichtung 14 gehalten wird. Somit ist die
Verschaltelementhalteeinrichtung 14 dazu ausgebildet, in einer Aufnahmestellung das Verschaltelement aufzunehmen und in einer Haltestellung das
Verschaltelement durch Reibschluss und/oder Formschluss festzuhalten.
Wie am besten aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich, sind die Haltebacken 42a, 42b verschiebbar an einer Haltebackenführung 46a, 46b gelagert, die von einer an dem Haltekörper 26 befestigten Grundplatte 48 auf Seiten der
Maschinenelementbefestigungsschnittstelle 18 axial hervorstehen. Bei der dargestellten Ausführungsform sind eine erste Haltebackenführung 46a und eine zweite Haltebackenführung 46b vorgesehen, an denen jeweils eine erste
Haltebacke 42a und eine zweite Haltebacke 42b zueinander gerichtet bewegbar sind, so dass das Verschaltelement an mehreren Stellen ergriffen werden kann. Die Anordnung der Haltebackenführungen 46a, 46b richtet sich nach der Form des Verschaltelements. Das Verschaltelement kann, wie oben dargelegt, quaderförmig oder auch ringsegmentförmig ausgebildet sein.
Das Überführen der Verschaltelementhalteeinrichtung 14 aus der Haltestellung in die Aufnahmestellung kann manuell oder automatisch erfolgen, das Überführen aus der Aufnahmestellung in die Haltestellung kann durch Freigabe erfolgen, so dass die Kraftspeicher eine Rückführung in die Haltestellung bewirken. Eine automatische Bewegung könnte beispielsweise über eine nicht dargestellte Maschineneinheit an einer ebenfalls nicht dargestellten Aufnahmestation für das Verschaltelement ausgebildet sein. Beispielsweise wird das Verschaltelement an einer Aufnahmestation bereitgestellt, wobei dann dort maschinell angetriebene Greifer vorgesehen sind, die die Haltebacken 42a, 42b in die Aufnahmeposition überführen und dann zum Verspannen des Verschaltelements wieder freigeben.
Anschließend kann die Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung 10 über die Transportvorrichtung zu dem Gehäuse gefahren werden um sie mittels der Maschinenelementpositionier- und -befestigungseinrichtung 12 daran zu befestigen. Die Leiterendenpositionier- und -spanneinrichtung 16 ist vom Prinzip und vom Aufbau her wie die in der deutschen Patentanmeldung [4] - DE 10 2018 103 100.9 - dargestellte Vorrichtung zum Positionieren und Spannen von Drahtenden für elektrische Maschinen aufgebaut. Es wird für weitere Einzelheiten ausdrücklich auf diese Patentanmeldung [4] verwiesen.
Demnach weist die Leiterendenpositionier- und -spanneinrichtung 16 ein erstes Element 50 und relativ zu dem ersten Element 50 bewegbares zweites Element 52 auf. Das erste Element 50 und das zweite Element 52 sind derart zueinander beweglich und ausgebildet, dass Verschaltelementanschlussleiter und
Maschinenelementanschlussleiter zwischen den Elementen 50, 52 positioniert und verspannt werden können.
Vorzugsweise sind das erste Element 50 und das zweite Element 52 durch einen mechanischen Kraftspeicher in eine Spannstellung vorgespannt. Bei der dargestellten Ausführungsform ist hierzu wenigstens eine Feder 54 vorgesehen. Hierzu weist das erste Element 50 und das zweite Element 52 einen in
Radialrichtung vorstehenden Ausleger 56, 58 auf, wobei die Ausleger 56, 58 an ihren Enden jeweils eine gelenkig angeordnete Führungshülse 60 aufweisen, die auf einem Führungsbolzen 62 gleitet, wobei auf dem Führungsbolzen 62 die als Spiraldruckfeder ausgebildete Feder 54 aufgesetzt ist, um die Führungshülsen 60 voneinander wegzudrängen.
Die Elemente 50, 52 sind scheibenförmig und insbesondere als Spannscheiben ausgebildet und sind beide drehbar mit einem zentralen Bereich an dem
Haltekörper 26 gelagert, so dass sie auch relativ zueinander drehbar sind.
Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich, sind die als Spannscheiben ausgeführten Elemente 50, 52 mit radialen Aussparungen versehen, in der die von der
Grundplatte 48 weg ragenden Haltebackenführungen 46a, 46b aufgenommen sind.
Von dem Verschaltelement ragen mehrere Verschaltelementanschlussleiter hervor, die mit entsprechenden Maschinenelementanschlussleitern zu verspannen und zu verbinden sind. Zur Verbindung sollen die Anschlussleiter jeweils exakt zueinander positioniert und dann in der positionierten Stellung ineinander verspannt werden. Hierzu weist, wie dies näher in der [4] beschrieben ist, auf die für weitere Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird, das erste Element 50 mehrere erste Ausnehmungen 64 auf, und das zweite Element 52 weist entsprechend mehrere zweite Ausnehmungen 66 auf. Die Ausnehmungen 64, 66 sind an den Elementen 50, 52 derart ausgebildet, dass sie sich teilweise überlappen und bei Relativbewegung der Elemente 50, 52 in eine Stellung großer Überlappung - Aufnahmestellung - und eine Stellung kleiner Überlappung - Spannstellung - überführbar sind.
Hierzu weist wenigstens eine der ersten und zweiten Ausnehmungen 64, 66 einen weiteren Bereich und einen engeren Bereich auf, so dass sich diese Ausnehmung 64, 66 von dem weiteren Bereich zu dem engeren Bereich hin verjüngt.
Vorzugsweise weisen beide Ausnehmungen 64, 66 einen weiteren Bereich und einen engeren Bereich und eine Verjüngung dazwischen auf. Insbesondere ist die Verjüngung durch eine zumindest teilweise schräg verlaufende Berandung gebildet. Für nähere mögliche Ausgestaltungen der Ausnehmungen und der Berandung der Schrägführung wird ausdrücklich auf [4] verwiesen.
Die Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung 10 ist vorzugsweise Teil einer Vorrichtung zum Anschließen des Verschaltelements an das
Maschinenelement, welche Anschlussvorrichtung außer der in den Figuren dargestellten Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung 10 noch eine Verbindungsvorrichtung zum elektrischen und mechanischen Verbinden der Verschaltelementanschlussleiter mit den Maschinenelementanschlussleitern aufweist. Diese Verbindungsvorrichtung ist beispielsweise als Schweißvorrichtung ausgebildet. Eine derartige Schweißvorrichtung ist beispielsweise in [1] bis [3] gezeigt, so dass für weitere Einzelheiten auf diese Patentanmeldungen verwiesen wird.
Zum Anschließen des Verschaltelements und zum Verbinden der
Verschaltelementanschlussleiter mit dem Maschinelementanschlussleitern wird gemäß dem im Folgenden näher erläuterten Verschaltelementpositionier- und - spannverfahren vorgegangen.
Vorzugsweise wird die Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung 10 mittels der Transportbefestigungsschnittstelle 28 an eine geeignete
Transportvorrichtung, beispielsweise einen Roboterarm oder eine dreiachsige Portalkranvorrichtung oder dergleichen befestigt, mittels welcher die
Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung 10 zwischen
unterschiedlichen Stationen transportierbar ist und auch betätigbar ist.
Beispielsweise könnte an der Transportbefestigungsschnittstelle 28 ein Abgriff für ein Antriebselement zum Bewegen der Elemente 50, 52 vorgesehen sein.
Mittels der Transportvorrichtung wird die Verschaltelementpositionier- und - spannvorrichtung 10 zunächst zu einer Aufnahmestation zum Aufnehmen des Verschaltelements transportiert. Dort werden entweder manuell oder automatisch die Haltebacken in die Aufnahmeposition verfahren und anschließend
freigegeben, so dass sie ein Verschaltelement zwischen sich haltend aufnehmen.
Anschließend wird die Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung 10 zu dem bereits mit Haltekern als Maschinenhalter versehenen Gehäuse gefahren. Dort erfolgt das Positionieren der Verschaltelementpositionier- und - spannvorrichtung 10 über das Einführen der
Maschinenelementbefestigungsschnittstelle 18 in den Maschinenhalter, wobei über die Axialpositioniereinheit 20, die Radialpositioniereinheit 22 und die
Umfangspositioniereinheit 24 die korrekte Position bereitgestellt wird.
Vorzugsweise bereits beim Aufsetzen der Verschaltelementpositionier- und - spannvorrichtung 10 auf das Gehäuse befinden sich die Elemente 50, 52 der Leiterendenpositionier- und -spanneinrichtung 16 in der Aufnahmeposition, wobei die erste Ausnehmung 64 eine größte Überlappung mit der zweiten Ausnehmung 66 hat. In die so gebildeten großen Aufnahmeöffnungen werden dann
vorzugsweise beim Aufsetzen jeweils ein Verschaltelementanschlussleiter und ein Maschinenelementanschlussleiter eingeführt. Ist die korrekte Position erreicht, werden das erste Element 50 und das zweite Element 52 freigegeben und über die Feder 54 in die Spannstellung überführt. Dabei erfolgt über die Schrägführung an den Ausnehmungen 64, 66 eine exakte Positionierung der
Verschaltelementanschlussleiter und der Maschinenelementanschlussleiter und einer Verspannung derselben in dieser exakten Positionierung.
Anschließend kann mittels einer Schweißanlage oder dergleichen eine
Verschweißung der so positionierten und verspannten Anschlussleiter erfolgen.
Wenngleich die Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung 10 anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben worden ist, so ist die Erfindung keineswegs darauf beschränkt, und es gibt viele weitere mögliche Ausführungsformen, bei denen hier beschriebene Einrichtungen oder Elemente weggelassen oder anders ausgeführt sind.
In der hier erläuterten Ausführungsform sind z.B. Halteelemente - insbesondere Haltebacken 42a, 42b - zum Halten des Verschaltelements und das erste und zweite Element 50, 52 zum Verspannen der Anschlussleiter mittels Federn 44, 54 oder sonstiger Kraftspeicher vorzugsweise elastisch vorgespannt.
Eine Alternative zum Halten des Verschaltelements durch vorgespannte Federn 44 sowie des ersten Elements 50 und des zweiten Elements 52 zum Verspannen der jeweiligen Leiterenden mittels der Feder 54 liegt z.B. darin, dass stattdessen in einer anderen konstruktiven Ausgestaltung eines, mehrere oder alle der jeweiligen Elemente 42a, 42b, 50, 52 durch eine äußere Vorrichtung bzw. äußere Kräfte in die Halte- bzw. Verspannposition zugestellt werden, und dann in dieser Position arretiert werden, beispielsweise durch Festlegen der einzelnen Elemente, z.B. der Haltebacken 42a, 42b, z.B. mittels Schrauben. Auch andere Arretierungsmittel, wie z.B. Haken, Spanner, Spannbügel usw. sind möglich. Bezugszeichenliste:
10 Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung
12 Maschinenelementpositionier- und -befestigungseinrichtung
14 Verschaltelementhalteeinrichtung
16 Leiterendenpositionier- und -spanneinrichtung
18 Maschinenelementbefestigungsschnittstelle
20 Axialpositioniereinheit
22 Radialpositioniereinheit
24 Umfangspositioniereinheit
26 Haltekörper
28 Transportbefestigungsschnittstelle
30 Aufnahmering
32 Nut
34 Einführkörper
36 abgeschrägter Kantenbereich
38 Passfeder
40 Stift
42a erste Haltebacke
42b zweite Haltebacke
44 Druckfeder der Haltebacke
46a erste Haltebackenführung
46b zweite Haltebackenführung
48 Grundplatte
50 erstes Element
52 zweites Element
54 Feder
56 erster Ausleger
58 zweiter Ausleger
60 Führungshülse
62 Führungsbolzen
64 erste Ausnehmung
66 zweite Ausnehmung

Claims

Ansprüche:
1. Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung (10) zum Positionieren und Verspannen von Verschaltelementanschlussleitern mit
Maschinenelementanschlussleitern zwecks Verbinden und Anschließen eines Verschaltelements mit einem Maschinenelement einer elektrischen Maschine, umfassend:
eine Maschinenelementpositionier- und -befestigungseinrichtung (12) zum
Positionieren der Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung (16) relativ zu dem Maschinenelement und zum Befestigen der Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung (16) an dem Maschinenelement,
eine Verschaltelementhalteeinrichtung (14) zum Halten des Verschaltelements an der Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung (10) und
eine Leiterendenpositionier- und -spanneinrichtung (16) zum Positionieren und Miteinanderverspannen von Verschaltelementanschlussleitern und
Maschinenelementanschlussleitern.
2. Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
dass die Verschaltelementhalteeinrichtung (14) wenigstens eine mechanisch in eine Halteposition vorgespannte Haltebacke (42a, 42b) aufweist und/oder dass die Leiterendenpositionier- und -spannvorrichtung (16) mechanisch in eine Spannposition vorgespannt ist.
3. Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Maschinenelementpositionier- und -befestigungseinrichtung (12)
3.1 einen Haltekern zum Eingreifen in ein ringförmiges Gehäuse des
Maschinenelements und zum formschlüssigen und/oder reibschlüssigen Erfassen des Gehäuses in definierter Position in Axialrichtung, Umfangsrichtung und Radialrichtung als Maschinenelementhalter aufweist und/oder
3.2 eine Maschinenelementbefestigungsschnittstelle (18) zur Befestigung an einem fest und positioniert mit dem Maschinenelement verbundenen
Maschinenelementhalter aufweist und/oder
3.3 eine Transportbefestigungsschnittstelle (28) zur Befestigung an einer Transportvorrichtung aufweist und/oder
3.4 eine Axialpositioniereinheit (20) zur axialen Positionierung der
Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung (10) relativ zu einer
Mittelachse des Maschinenelements aufweist und/oder
3.5 eine Radialpositioniereinheit (22) zur radialen Positionierung der
Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung (10) relativ zu einer
Mittelachse des Maschinenelements und/oder zum Ausrichten einer Mittelachse der Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung (10) auf einer Mittelachse des Maschinenelements aufweist und/oder
3.6 eine Umfangspositioniereinheit (24) zur Positionierung der
Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung (10) in Umfangsrichtung relativ zu einer Mittelachse des Maschinenelements aufweist.
4. Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
dass die Axialpositioniereinheit (20) wenigstens einen Vorsprung oder Stift (40) zur Auflage auf dem Maschinenelement und/oder dem Maschinenelementhalter aufweist und/oder
dass die Radialpositioniereinheit (22) eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Passfläche oder Mantelfläche an der Maschinenelementbefestigungsschnittstelle (18) zum Erfassen einer korrespondierenden Passfläche oder Mantelfläche an dem Maschinenelementhalter aufweist und/oder
dass die Umfangspositioniereinheit (24) einen Vorsprung oder Rücksprung oder eine Passfeder (38) an der Maschinenelementbefestigungsschnittstelle (18) zum Erfassen einer entsprechenden Rücksprungsausbildung oder
Vorsprungsausbildung oder Passfederaufnahme an dem Maschinenelementhalter aufweist.
5. Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Verschaltelementhalteeinrichtung (14)
5.1 wenigstens eine gefederte Haltebacke (42a, 42b) oder eine erste und eine zweite gefederte Haltebacke (42a, 42b) aufweist und/oder
5.2 wenigstens ein mittels eines mechanischen Kraftspeichers in eine
Halteposition zum Verspannen des Verschaltelements vorgespanntes
Halteelement aufweist und/oder
5.3 wenigstens ein/eine automatisch oder manuell zwischen einer Halteposition und einer Freigabeposition bewegbare(s) Halteelement oder Haltebacke (42a,
42b) aufweist und/oder
5.4 dazu ausgebildet ist, in einer Aufnahmestellung das Verschaltelement aufzunehmen und in einer Haltestellung das Verschaltelement durch Reibschluss oder/und Formschluss festzuhalten.
6. Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Leiterendenpositionier- und -spanneinrichtung (16) ein erstes Element (50) und ein relativ zu dem ersten Element (50) bewegbares zweites Element (52) aufweist, um Verschaltelementanschlussleiter und
Maschinenelementanschlussleiter zwischen den Elementen (50, 52) zu
positionieren und zu verspannen.
7. Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung (10) nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch wenigstens eines, mehrere oder alle der folgenden
Merkmale:
7.1 dass das erste und das zweite Element (50, 52) durch einen mechanischen Kraftspeicher oder wenigstens eine Feder (54) in eine Spannstellung vorgespannt sind;
7.2 dass das erste und/oder das zweite Element (50, 52) scheibenförmig oder ringförmig und/oder als Spannscheiben ausgebildet sind;
7.3 dass das erste und/oder das zweite Element (50, 52) relativ zueinander drehbar gelagert sind;
7.4 dass das erste Element (50) eine erste Ausnehmung (64) und das zweite Element (52) eine zweite Ausnehmung (66) aufweist, wobei die erste
Ausnehmung (64) und/oder die zweite Ausnehmung (66) sich von einem weiteren Bereich zu einem engeren Bereich hin verjüngen und/oder wenigstens eine sich in Relativbewegungsrichtung der Elemente (50, 52) erstreckende zumindest teilweise schräg verlaufende Berandung aufweisen und wobei die erste und die zweite Ausnehmung sich zumindest teilweise überlappen und sich mit zumindest teilweise sich quer zu der Relativbewegungsrichtung der Elemente erstreckenden Berandungen bei Relativbewegungen der Elemente aneinander annähern;
7.5 dass wenigstens eines der Elemente (50, 52) eine Schrägführung zum Einführen von Leitern in eine vorbestimmte Position aufweist;
7.6 dass das erste und das zweite Element (50, 52) konzentrisch zueinander drehbar sind;
7.7 dass das erste und/oder das zweite Element (50, 52) zentral gelagert sind;
7.8 dass ein mechanischer Kraftspeicher das erste und das zweite Element (50, 52) in eine Spannstellung vorspannt;
7.9 dass das erste und zweite Element (50, 52) jeweils einen in Radialrichtung vorstehenden Ausleger (56, 58) aufweist, wobei die Ausleger (56, 58) über wenigstens eine Feder (54) miteinander verbunden sind.
8. Vorrichtung zum Anschließen eines Verschaltelements an ein
Maschinenelement einer elektrischen Maschine, umfassend eine
Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche und eine Verbindungsvorrichtung zum elektrischen und mechanischen Verbinden der Verschaltelementanschlussleiter mit den Maschinenelementanschlussleitern.
9. Verschaltelementpositionier- und -spannverfahren zum Positionieren und Verspannen von Verschaltelementanschlussleitern mit
Maschinenelementanschlussleitern zwecks Verbinden und Anschließen eines Verschaltelements mit einem Maschinenelement einer elektrischen Maschine, umfassend: a) Positionieren einer Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung (10) relativ zu dem Maschinenelement und Befestigen der Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung (10) an dem Maschinenelement,
b) Halten des Verschaltelements an der Verschaltelementpositionier- und - spannvorrichtung (10) und
c) Positionieren und Miteinanderverspannen von
Verschaltelementanschlussleitern und Maschinenelementanschlussleitern mittels der Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung (10).
10. Verschaltelementpositionier- und -spannverfahren (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
dass Schritt b) umfasst: Halten des Verschaltelements mittels wenigstens einer mechanisch in eine Halteposition vorgespannten Haltebacke (42a, 42b), und/oder dass Schritt c) umfasst: Verspannen der Leiter mittels eines mechanischen Kraftspeichers oder wenigstens einer Feder.
11. Verschaltelementpositionier- und -spannverfahren (10) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet,
dass Schritt a) wenigstens einen, mehrere oder alle der folgenden Schritte umfasst:
11.1 ) Erfassen eines ringförmigen Gehäuses des Maschinenelements mittels Einführen eines als Maschinenelementhalter zu verwendenden Haltekerns in das Gehäuse und formschlüssiges und/oder reibschlüssiges relatives Fixieren des Gehäuses und des Haltekerns in definierter Position in Axialrichtung,
Umfangsrichtung und Radialrichtung;
11.2) Befestigung der Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung (10) an einem fest und positioniert mit dem Maschinenelement verbundenen
Maschinenelementhalter;
11.3) Transportieren und/oder Bewegen der Verschaltelementpositionier- und - spannvorrichtung (10) mittels einer an einer Transportbefestigungsschnittstelle (28) zu befestigenden Transportvorrichtung; und/oder
11.4) axiales Positionieren der Verschaltelementpositionier- und - spannvorrichtung (10) entlang einer Mittelachse des Maschinenelements durch Auflegen eines Anschlages, eines Vorsprungs oder wenigstens eines Stifts (40) der Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung (10) an dem
Maschinenelement oder dem Maschinenelementhalter;
11.5) radiales Positionieren der Verschaltelementpositionier- und - spannvorrichtung (10) relativ zu einer Mittelachse des Maschinenelements und/oder Ausrichten einer Mittelachse der Verschaltelementpositionier- und - spannvorrichtung (10) auf einer Mittelachse des Maschinenelements; und/oder
11.6) Ausrichten einer Mittelachse der Verschaltelementpositionier- und - spannvorrichtung (10) auf einer Mittelachse des Maschinenelements mittels komplementärer sich in Umfangsrichtung erstreckender Passflächen an der Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung (10) und dem
Maschinenelementhalter;
11.7) Positionieren der Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung (10) in Umfangsrichtung relativ zu einer Mittelachse des Maschinenelements durch wenigstens eine Passfeder (38) oder sonstige komplementäre Vorsprungs- /Rücksprungsausbildungen, die zwischen der Verschaltelementpositionier- und - spannvorrichtung (10) und dem Maschinenelementhalter gebildet sind.
12. Verschaltelementpositionier- und -spannverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet,
dass Schritt b) wenigstens einen, mehrere oder alle der folgenden Schritte umfasst:
12.1 ) Verwenden wenigstens einer gefederten Haltebacke oder einer ersten und einer zweiten gefederten Haltebacke (42a, 42b),
12.2) Vorspannen wenigstens eines Halteelements mittels eines mechanischen Kraftspeichers in eine Halteposition zum Verspannen des Verschaltelements,
12.3) automatisches oder manuelles Bewegen wenigstens eines Halteelements oder einer Haltebacke zwischen einer Halteposition und einer Freigabeposition,
12.4) Aufnehmen des Verschaltelements in einer sich in einer Aufnahmestellung befindlichen Verschaltelementhalteeinrichtung (14) und Überführen der
Verschaltelementhalteeinrichtung (14) in eine Haltestellung zum Halten des Verschaltelements an der Verschaltelementhalteeinrichtung (14) durch
Reibschluss oder/und Formschluss.
13. Verschaltelementpositionier- und -spannverfahren nach einem der
Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
dass Schritt c) umfasst:
Relativbewegen eines ersten Elements (50) und eines zweiten Elements (52), um Verschaltelementanschlussleiter und Maschinenelementanschlussleiter zwischen den Elementen zu positionieren und zu verspannen.
14. Verschaltelementpositionier- und -spannverfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
dass Schritt c) wenigstens einen, mehrere oder alle der folgenden Schritte umfasst:
14.1 ) Vorspannen des ersten und des zweiten Elements (50, 52) durch einen mechanischen Kraftspeicher oder wenigstens eine Feder in eine Spannstellung;
14.2) Verwenden von scheibenförmigen oder ringförmigen Elementen (50, 52) und/oder von Spannscheiben als erstes und/oder zweites Element (50, 52);
14.3) relatives Drehen des ersten und/oder des zweiten Elements (50, 52) zueinander;
14.4) Aufnehmen, Positionieren und Spannen der Anschlussleiter in einer ersten Ausnehmung (64) des ersten Elements (50) und einer zweiten Ausnehmung (66) des zweiten Elements (50), wobei wenigstens eine Ausnehmung (64, 66) sich von einem weiteren Bereich zu einem engeren Bereich hin verjüngt und/oder wenigstens eine sich in Relativbewegungsrichtung der Elemente erstreckende zumindest teilweise schräg verlaufende Berandung aufweist und wobei die erste und die zweite Ausnehmung (64, 66) sich zumindest teilweise überlappen und sich mit zumindest teilweise sich quer zu der Relativbewegungsrichtung der Elemente (50, 52) erstreckenden Berandungen bei Relativbewegungen der Elemente (50,
52) aneinander annähern;
14.5) Einführen von Anschlussleitern in eine vorbestimmte Position mittels wenigstens einer Schrägführung an wenigstens einem der Elemente (50, 52);
14.6) konzentrisches Drehen der Elemente (50, 52) in entgegengesetzter
Richtung zueinander;
14.7) Drehen des ersten und/oder zweiten Elements (50, 52) um eine Mittelachse der Verschaltelementpositionier- und -spannvorrichtung (10);
14.8) Vorspannen des ersten und des zweiten Elements (50, 52) in eine Spannstellung mittels eines mechanischen Kraftspeichers;
14.9) Verspannen des ersten und des zweiten Elements (50, 52) mittels wenigstens einer an in Radialrichtung vorstehenden Auslegern angreifenden Feder (54).
15. Verfahren zum Anschließen eines Verschaltelements an ein
Maschinenelement einer elektrischen Maschine, umfassend Durchführen des Verschaltelementpositionier- und -spannverfahrens nach einem der Ansprüche 9 bis 14 und elektrisches und mechanisches Verbinden der so positionierten und miteinander verspannten Anschlussleiter des Verschaltelements und des Maschinenelements.
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