EP3807983A1 - Verfahren und vorrichtung zum formen eines wicklungselements - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum formen eines wicklungselements

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Publication number
EP3807983A1
EP3807983A1 EP19731992.4A EP19731992A EP3807983A1 EP 3807983 A1 EP3807983 A1 EP 3807983A1 EP 19731992 A EP19731992 A EP 19731992A EP 3807983 A1 EP3807983 A1 EP 3807983A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
conductor
forming
guide
opening
shaping
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Withdrawn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
EP19731992.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Giuseppe Zana
Fabrizio Giuradei
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 EP3807983A1 publication Critical patent/EP3807983A1/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Withdrawn legal-status Critical Current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
    • 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
    • H02K15/06—Embedding prefabricated windings in machines
    • H02K15/062—Windings in slots; salient pole windings
    • H02K15/064—Windings consisting of separate segments, e.g. hairpin windings

Definitions

  • the invention relates to a method for forming a
  • Winding element with the features of the preamble of
  • Claim 1 relates to a device for forming a winding element with the features of
  • the present invention relates to the use of such a device for forming a winding element with the features of the further independent claim.
  • Winding elements plug-in coils, so-called “hairpins” are produced, which in the further process become a stator winding
  • Winding elements are formed. The winding elements are then positioned on the stator
  • hairpin since its shape is similar to that of a hairpin is a for the purposes of the present application
  • Winding element meant that comprises two parallel legs and a section connecting these two legs together, which is in particular formed in an arc shape.
  • a hairpin can in particular be U-shaped.
  • the connecting section can in particular have a three-dimensional extension.
  • the conductor pieces are usually formed into winding elements by one or more different bending stations (2D or 3D bending stations). This allows the conductor pieces to be brought into the shape required for mounting on the stator.
  • the problem is that the effort involved in building such bending stations is comparatively high.
  • conductor pieces can only be standardized or only by a bending station
  • Winding elements especially with a large variety of shapes and small numbers of identical winding elements.
  • the invention has for its object to manufacture winding elements with different shapes
  • the invention achieves the above object by
  • the conductor is designed to be elongate along a longitudinal direction and has one (or more) outer side (n ) on.
  • the process is characterized by several steps, which are described below.
  • the conductor is first passed through a
  • the guide having an outlet opening, the opening edges of which, when the conductor passes through, the outside of the conductor from two directions perpendicular to one another on both sides (in other words from four sides)
  • the conductor By contacting the conductor on both sides From the two directions perpendicular to each other, the conductor is virtually guided in the outlet opening. In other words, it passes through the outlet opening in an orientation that is precisely predetermined by the contact.
  • the conductor emerging from the guide is passed through a forming device (in the transport direction of the conductor) which preferably follows the outlet opening and comprises a forming opening, on the edge or edges of which a plurality of forming sections are arranged.
  • the forming sections contact the outside of the conductor on both sides from two mutually perpendicular directions (in other words from four sides). Because of the two-sided
  • Forming opening guided In other words, it thus passes through the forming opening in an orientation that is precisely predetermined by the contact.
  • the conductor is reshaped by moving the conductor through the reshaping opening while at the same time changing the orientation of the reshaping sections relative to the opening edges of the guide.
  • the forming sections (or in other words, the
  • Total forming device in the course of the forming process relative to the opening edges by at least one
  • Pivot axis which is orthogonal to the transport direction, pivoted and moved translationally along at least one plane, the normal vector of which is the pivot axis.
  • Forming process is pivoted relative to the opening edges about at least one pivot axis, which corresponds to the transport direction (twisting of the conductor).
  • the conductor passes through both the outlet opening and the shaping opening in a precisely predetermined manner
  • Forming opening is positively guided.
  • Winding elements with different shapes can be produced in a simple manner by a conductor being guided through the guide and brought into the desired shape by means of the shaping device, for which purpose the shaping sections or the shaping device as a whole are pivoted.
  • the pivoting is simultaneously moved
  • Forming device or its forming sections in one plane the normal vector of which is the swivel axis (compensation of the swivel movement).
  • Swiveling or a rotation for reshaping the conductor and, on the other hand, a translatory movement to compensate for that in the swivel plane as a result of the swivel movement
  • the process can be used to manufacture a wide variety of winding elements with different shapes. This allows the known bending stations to be replaced. It can be
  • translation becomes the relative position of the forming section arranged on the inside of the sheet to be formed on the wire (for example an inner radius to be formed)
  • the pivoting takes place in particular gradually.
  • Forming device or its forming sections are pivoted to obtain a similar or the same curve.
  • the leadership leads the leader and
  • the feed of the conductor from the Guide to the forming device can be done by means of a
  • Handling unit for example a gripper unit, a device upstream of the present device (shaping device) for separating the conductor, which cuts the conductor (reel) present as continuous material into defined conductor pieces and cuts it off.
  • shapeing device for separating the conductor
  • present device is part of a larger
  • the method can further include that the forming section on the inside of the sheet to be formed on the conductor in its relative position with respect to the opening edges
  • Pivoting movement (about a pivot axis that is orthogonal to the transport direction) of the forming sections can thus be based on the translatory compensation movement of the
  • Forming sections be coordinated so that the forming section on the inside of the sheet to be formed on the conductor remains unchanged in its relative position with respect to the opening edges. This favors the forming process of the conductor, because - seen in the direction of transport - the opening cross section of the forming opening is changed predominantly or completely on the side facing away from the forming ("curve outside"). The one resulting from the swivel movement
  • Forming sections take place gradually or continuously relative to the opening edges of the guide. Step by step swiveling allows forming with several
  • the forming sections can be moved by several at a time relative to the opening edges of the guide
  • Swivel axes are pivoted, in particular and moved along several planes. So it's not just one
  • 2D reshaping for example U-shaped flat hairpin
  • 3D reshaping e.g. customer-specific shape according to an individual
  • Winding diagram so that winding elements with almost any shape can be realized.
  • the leader can be a (orthogonal to
  • Longitudinal direction have a substantially rectangular cross section. This allows winding elements for
  • the conductor can be a wire.
  • the conductor is preferably a solid material, ie it has no cavities. It is also conceivable that the conductor is a conductor piece
  • the conductor can be separated in one of the forming steps
  • the conductor can in particular be carried out by means of a handling unit which acts as a clamp
  • Feed device is formed. This means that the feed device grips the conductor by clamping, so that a relative movement between the feed device and the conductor can no longer take place and the conductor is then moved by a movement of the feed device.
  • the conductor can expediently be an insulating one
  • Act coating such as a layer of paint. With this, the conductor is already completely insulated, so that the conductor is reshaped together with its insulating sheath.
  • the conductor comprises copper or consists of copper or has a copper core with an insulating sheath. This enables a conductor with a high electrical conductivity to be provided.
  • Winding element (hairpin; plug-in coil) solved from a conductor with the features of the independent claim.
  • the device is characterized by several features which are described below.
  • the device has a guide
  • the device also has a shaping device, which (in the transport direction of the conductor) is preferably arranged directly following the outlet opening and comprises a shaping opening, on the edge of which a plurality of shaping sections are arranged.
  • the forming sections are formed and arranged to guide the conductor perpendicular to one another when they pass through the forming opening of two
  • the device has at least one pivoting direction and at least one compensating means in such a way usammen treat to said transforming means Z that the Umformabête relative to the opening edges about a pivot axis which is orthogonal to the transport direction, pivotally and translationally movable along a plane whose
  • Normal vector is the swivel axis and / or the device has at least one swivel device which interacts with the shaping device in such a way that the shaping sections (or in other words the shaping device as a whole) relative to the opening edges by at least one
  • Swivel axis which corresponds to the transport direction
  • the device can have a first, second and / or third pivoting device
  • a two-dimensional or three-dimensional reshaping of the conductor can be achieved by swivel devices.
  • the shaping device can be moved translationally by the amount resulting from the
  • Swivel device have a first, in particular inner suspension, to which the shaping device is fastened, the first, in particular inner suspension moving one along the transport direction (direction in which the conductor is moved through the guide and there corresponds to the longitudinal extension of the conductor) extending (first) pivot axis pivotally mounted and by means of a first
  • the conductor can be shaped around the transport direction (X direction) or longitudinal extension, for example, a spiral section (spiral section of a winding) can be realized with this.
  • the inner suspension can be disc-shaped and have a recess (partially disc or partial disc). Because of the cutout
  • the head is given space in a shaping for a hairpin (in the case of a hairpin-shaped shaping "comes the
  • Forming device to be formed which have fastening points (bores or passages with internal threads for screw fastening).
  • the inner suspension can be held pivotably by several bearings, for example by three bearings offset by 120 ° with respect to the pivot axis. These bearings can be attached to the central suspension as described below.
  • the inner suspension can have a radially protruding collar on its outer circumference, which corresponds to a groove formed in each of the bearings.
  • Drive device can be a motor, for example a
  • Drive device and the inner suspension can be coupled by means of a gear connection or by means of a helical gear.
  • the motor shaft of the drive device and the swivel axis can be oriented parallel to one another.
  • the second swivel device can have a second, in particular middle, suspension, which is orthogonal to the transport direction (direction in which the conductor is moved through the guide and there corresponds to the longitudinal extent of the conductor), preferably a vertical pivot axis, pivotally mounted and pivotable by means of a second drive device (pivoting movement about the Y axis).
  • a second drive device pivoting movement about the Y axis.
  • This enables the conductor to be reshaped in one plane (“2D reshaping”), for example a horizontal plane in relation to the frame of the device.
  • the first, in particular inner suspension and the shaping device attached to it can be mounted on the second, in particular middle suspension.
  • Disc can be disc-shaped and a
  • the recess can give the conductor space, for example when shaping a hairpin, and good accessibility for maintenance or set-up work is achieved.
  • the bearings which pivotally support the inner disk (“main disk”) can be fastened to the second, in particular middle suspension, for example by means of a screw connection.
  • the first drive device for the first, in particular inner suspension can also be fastened to the middle disk, for example by means of
  • the pivoting movement (rotation) of the middle suspension can be specified directly by the motor shaft of the second drive device.
  • the second drive device can have a motor, for example a (brushless) electric motor, the second
  • the second drive device can be attached to an outer suspension, as described below.
  • the middle suspension can be fastened to the outer suspension by means of bearing units which have a pivoting movement enable around the second pivot axis.
  • the storage units can have several fastening sections, bolts and / or
  • Swivel device have a third, in particular outer suspension, which is about a to the transport direction (direction in which the conductor is moved by the guide and there the
  • the longitudinal extent of the conductor corresponds to) an orthogonal third pivot axis, preferably a horizontal pivot axis, pivotably supported and by means of a third
  • Drive device is pivotable (pivoting movement about the Z axis). This enables the conductor to be reshaped in a further plane (“2D reshaping”), for example a vertical plane in relation to the frame of the device. Together with the second swivel device, three-dimensional shaping of a conductor to form a winding element is thus possible (“3D shaping”). On the third, especially the outer one
  • Suspension can in particular
  • the third, in particular the outer suspension can be used as
  • Circular ring section can be formed and for example have a C-shaped cross section ("crescent").
  • the pivotal movement (rotation) of the third, in particular outer suspension can be specified directly by the motor shaft of the third drive device.
  • the third drive device can be a motor, for example a Have electric motor, wherein the third pivot axis and the central longitudinal axis of the motor shaft of the third
  • Compensating device and / or a second
  • Compensating device on one as a support structure for the
  • Device serving frame can be attached as described below.
  • the shaping device can hereby be selected and adapted depending on the cross section, dimensions and / or the shaping to be carried out on the conductor.
  • Forming device can be a plate-shaped holding structure
  • Forming device can have one or two adjusting devices for fine adjustment of the positioning of the forming device in the plane of the base plate (Z-Y adjusting device).
  • the shaping device can be relative to the
  • Base plate have adjustable stop.
  • the stop can be adjusted and fixed relative to the base plate using a fixing screw. Bores or passages with threads for attachment to the inner suspension (main disk) can be formed in the stop.
  • the device can have several different tool units, for example a set of different tools can be used with the device
  • the forming sections of the forming device can each be formed by a pin or by a roller.
  • the pin or the roller can be mounted on or in the base plate by means of roller bearings.
  • Four pins / rollers can be provided, two of which are each other
  • a roller means that the bearing for supporting the roller in the longitudinal region of the axis of rotation of the roller
  • a pin is arranged in which the contact of the role to the conductor takes place.
  • a pin can be rotatably mounted via a bearing which is arranged offset along the longitudinal axis of the pin to the point at which the pin contacts the conductor.
  • a frame serving as a support structure can be provided, the pivoting devices using the first compensation device and / or the second
  • Compensating device is coupled to the frame.
  • the pivoting movements can thus be compensated for, the pivoting device (s) as a whole being able to be moved relative to the frame.
  • Compensation device have a first carriage which can be moved along a first direction, in particular along a horizontal direction with respect to the frame, and which can be driven by means of a fourth drive device, so that the shaping device along the pivot axis of the third
  • Swivel device is movable. This can be related to the conductor lateral offset (offset in the Z direction) as an effect of the pivoting movement about the Y axis.
  • the forming device can be translationally movable along the two pivot axes orthogonal to the transport direction.
  • the first slide can be coupled to the frame by means of four linear guides (for example with a cage ball).
  • Linear guides can be attached to an upper frame side and two linear guides can be attached to a lower one
  • the first carriage can be moved by the fourth drive device.
  • the fourth drive device The fourth
  • Drive device can be a motor, for example a
  • Electric motor have and be fixed to the frame.
  • a spindle for example a ball screw spindle, can be coupled to the motor shaft, which interacts with a nut attached to the first slide, for example a spindle nut.
  • Motor shaft can be coupled to the spindle by means of a metal bellows coupling.
  • the metal bellows coupling serves as a compensating element with which, for example, a compensation of lateral misalignment and axial movements can take place.
  • the second compensation device can have a second carriage which can be moved along a second direction, in particular along a vertical direction with respect to the frame, and which by means of a fifth
  • Forming device is movable along an axis orthogonal to the pivot axis of the second pivot device. This means that the vertical offset (offset in Y direction) can be compensated for as an effect of the pivoting movement around the Z axis.
  • the second carriage can be used
  • linear guides for example with a cage ball
  • the carriage can be slid by means of the fifth drive device
  • the fifth drive device can have a motor, for example an electric motor, and can be fixed to the frame.
  • a spindle for example a ball screw spindle, can be coupled to the motor shaft, which interacts with a nut attached to the second slide, for example a spindle nut.
  • the motor shaft can by means of a
  • Metal bellows coupling serves as a compensation element with which, for example, compensation of lateral misalignment and axial movements can take place.
  • the above-mentioned object is also achieved by using a device as described above for forming a preferably hairpin-shaped winding element (hairpin; plug-in coil) from a conductor. This can be done according to one or more measures according to the above
  • the opening edges can be designed and arranged in such a way that they form a substantially rectangular outlet opening.
  • the forming sections can be opposite and parallel in pairs
  • Fig.l shows an embodiment of a device for forming a hairpin-shaped winding element from a conductor in a perspective front view
  • FIG. 3 shows the device from FIG. 1 in a partial and enlarged front view
  • Figure 1 shows a device 10 for molding a example.
  • hairpin hairpin-shaped winding element
  • the conductor 12 is elongated along a longitudinal direction (X direction) and has an outer side 13 extending along the longitudinal direction.
  • the components of the device 10 are marked with a
  • Carrying structure serving frame 14 coupled or attached to this.
  • the device 10 has a guide 16 (partially covered in FIG. 1) and a shaping device 18 through which the conductor 12 is guided.
  • the forming device 18 can by means of several swivel devices and several
  • Compensating devices are moved relative to the guide 16, whereby the through the guide 16 and
  • Forming device 18 guided conductor 12 to an example.
  • the X-axis extends along the longitudinal direction of the conductor 12, the Y-axis extends orthogonally upwards (perpendicularly upwards in FIG. 1) and the Z-axis extends orthogonally to the XY plane (obliquely left in FIG. 1) below).
  • the device 10 has a guide 16 (partially covered in FIG. 1), the one
  • the opening edges 22 of the outlet opening 20 are designed and arranged in order to contact the conductor 12 on both sides (from four sides) when passing through the outlet opening 20 from two directions perpendicular to one another (in FIG. 7 only)
  • the device 10 has a shaping device 18, which is arranged in the transport direction of the conductor 12 (X-axis) immediately following the outlet opening 20 and comprises a shaping opening 24. There are four at the edge or edges of the forming opening 24
  • Forming sections 26 are arranged, which are designed and arranged to the conductor 12 as it passes through the forming opening 24 of two perpendicular to each other
  • the four forming sections 26 are designed and arranged in such a way that the forming opening 24 is largely rectangular.
  • the apparatus 10 has at least one pivoting means and at least one balancing device on which such usammen treat with the forming device 18 Z that
  • Forming sections 26 can be pivoted relative to the opening edges 22 about at least one pivot axis 28 and can be moved along at least one plane 30, the normal vector of which is the pivot axis 28 (illustrated in FIG. 7).
  • the device 10 has a first swivel device 32, a second swivel device 34, a third swivel device 36, a first compensating device 38 and a second compensating device 40.
  • the first pivot device 32 has a first, inner one
  • the inner suspension 42 is pivotally mounted about a first pivot axis (X axis) extending along the transport direction of the conductor 12 and can be pivoted by means of a first drive device 44.
  • X axis first pivot axis
  • the conductor 12 can be shaped around the transport direction (X-axis) (torsion of the conductor 12 around the X-axis). Since there is no offset here (central longitudinal axes of the
  • the outlet opening 20 and the forming opening 24 are congruent or both lie on the X axis), is on the first
  • the inner suspension 42 (main disc 42) is disc-shaped and has a recess 43 which is open to the side (circular ring section).
  • the recess 43 creates space for the reshaping of the conductor 12.
  • Fastening sections 46 for the shaping device 18 are formed on the inner suspension 42 and serve as fastening points for bores or passages with internal threads
  • the inner suspension 42 is pivotally held by a plurality of bearings 48 which are offset, for example, by 120 ° with respect to the transport direction (X-axis). These bearings 48 are attached to the central suspension 50 as described below.
  • the inner suspension 42 has on its outer circumference a radially protruding collar 52 which corresponds to a groove 54 formed in the bearings 48 in each case.
  • Drive device 44 can be a motor, for example
  • Suspension 42 can drive about its pivot axis (X axis).
  • the drive device 44 and the inner suspension 42 are coupled by means of a gear connection or a helical gear.
  • the motor shaft of the drive device 44 and the swivel axis (X axis) are oriented parallel to one another.
  • the second pivoting device 34 has a second, middle suspension 50 which is pivotably mounted about a second (here vertical) pivoting axis (Y-axis) orthogonal to the transport direction (X-axis) and by means of a second
  • Drive device 56 is pivotable (pivoting movement about the Y axis). This enables the conductor to be shaped in one plane ("2D forming", i.e. forming a flat hairpin).
  • the inner suspension 42 and the shaping device 18 attached to it are mounted on the middle suspension 50.
  • the middle suspension 50 (second disc 50) is disc-shaped and has a recess 58 (flatter
  • the recess 58 creates space for the reshaping of the conductor 12. On the middle one
  • Suspension 50, the bearings 48 are each fastened by means of a screw connection.
  • the first drive device 44 for the inner suspension 42 is also fastened to the middle disk 50, for example by means of screw connections.
  • the pivoting movement (rotation) of the middle suspension 50 is predetermined directly by the motor shaft (without reference number) of the second drive device 56.
  • Drive device 56 has a motor, for example
  • Swivel axis (Y axis) and the central longitudinal axis of the motor shaft are congruent.
  • the second drive device 56 is attached to an outer suspension 60, as described below.
  • the middle suspension 50 is fastened to the outer suspension 60 by means of bearing units 62 which pivot about the second pivot axis (Y axis).
  • the storage units 62 have several
  • the third pivoting device 36 has a third, outer suspension 60 which is about one to the transport direction
  • Drive device 68 is pivotable (pivoting movement about the Z axis). This allows the conductor 12 to be shaped in a further plane (“2D forming”), for example a vertical plane (X-Y plane) with respect to the frame 14 of the device 10. Together with the second pivoting device 34, three-dimensional shaping of the conductor 12 to form a winding element is thus possible (“3D shaping”).
  • the outer suspension 60 is designed as a circular ring section and has a C-shaped cross section. On the outer suspension 60 are the Bearing units 62 and the second drive device 56 for the middle suspension 50 are attached.
  • the pivotal movement (rotation) of the outer suspension 60 is predetermined directly by the motor shaft (without reference number) of the third drive device 68.
  • Drive device 68 has a motor, for example
  • Pivot axis (Z axis) and the central longitudinal axis of the motor shaft of the third drive device 68 are congruent.
  • the third drive device 68 is by means of the first
  • Compensator 40 attached to the frame 14 as described below.
  • the forming device 18 is replaceable
  • the suitable forming device 18 can hereby be selected and adapted to the forming.
  • the forming device 18 has a plate-shaped
  • Holding structure 70 (base plate 70) with holes / passages for attachment to the inner suspension 42.
  • Forming device 18 has two adjusting devices 72, 74 for fine adjustment of the forming device 18 in the plane of the base plate 70.
  • the shaping device 18 has stops 76, 78 which are adjustable relative to the base plate 18.
  • the stop 76, 78 can in each case be adjusted and fixed relative to the base plate 70 by means of a fixing screw 80.
  • bores or passages with threads can be formed for attachment to the inner suspension 42 (without reference numerals).
  • the device 10 can have several have different shaping devices 18 or tool units, for example a device can be used with the device 10
  • the forming sections 26 of the forming device 18 are each formed by a pin 82 or by a roller 84, which can optionally be mounted on the forming device 18 by means of a roller bearing 86. Because of the rectangular
  • the cross-sectional shape of the conductor 12 is four in each case
  • Forming sections 26 are provided.
  • the pins 82 (without rolling bearings) can be attached to or in the base plate 70 (see FIG. 5). If the conductor 12 is guided through the shaping opening 24, the pin 82 does not rotate or only rotates slightly. Designs with higher quality can be achieved with designs with roller bearings. So the pins 82 by means of
  • Rolling bearings 86 are mounted on or in the base plate 70 (see FIG. 4a). Likewise, rollers 84 can be mounted on or in the base plate 70 by means of roller bearings 86 (see FIG. 6a). The rollers 84 or the roller bearings 86 can be by means of
  • Screws 88 are fastened to bearing blocks 90, which are fastened to the base plate 70.
  • the device 10 points as
  • Swivel device 36 is coupled to the frame 14 by means of the first compensation device 38 and the second compensation device 40.
  • the first compensating device 38 has a first carriage 92 which can be moved along a horizontal direction with respect to the frame 14 and which is by means of a fourth
  • Drive device 94 can be driven, so that the
  • Forming device 18 is movable along the pivot axis of the third pivot device (Z axis). As a result, the lateral offset (offset in the Z direction) with respect to the conductor 12 can be compensated for as an effect of the pivoting movement about the Y axis.
  • the first carriage 92 can be coupled to the frame 14 by means of four linear guides 96 (for example with a cage ball). Two linear guides 96 are attached to an upper frame section 14 'and two linear guides 96 are attached to a lower frame section 14' '. The first carriage 92 can be moved along the fourth drive device 94
  • Drive device 96 can be a motor, for example a
  • Drive device 96 is coupled to spindle 98 by means of a metal bellows coupling 100.
  • the second compensation device 40 has a second carriage 102 which can be moved along a vertical direction with respect to the frame 14 and which is by means of a fifth
  • Drive device 104 can be driven, so that the
  • Forming device 18 along an axis orthogonal to the pivot axis of the third pivot device 36 (Z axis) is movable (Y axis). This can be related to the
  • Head 12 vertical offset (offset in the Y direction) as
  • the second carriage 102 is coupled to the frame 14 by means of two linear guides 106 (for example with a cage ball).
  • the second carriage 102 can be driven along the linear guides 106 by means of the fifth drive device 104.
  • the fifth drive device 104 has a motor, for example one
  • a spindle 108 (ball screw 108) is coupled to the motor shaft of the fifth drive device 104, which is fastened to a nut attached to the second slide 102
  • Motor shaft is coupled to spindle 108 by means of a metal bellows coupling 110.
  • the method for forming a preferably hairpin-shaped winding element (hairpin; plug-in coil) from a conductor 12, which is elongated along a longitudinal direction (X-axis) and has an outer side 13 extending along the longitudinal direction, works as follows:
  • the conductor 12 is first passed through the guide 16, the guide 16 having an outlet opening 20 whose opening edges 22 contact the outside 13 of the conductor on both sides (from four sides) from two directions perpendicular to one another when the conductor 12 passes through.
  • the forming device 18 which comprises a forming opening 24, on the edge or edges of which a plurality of forming sections 26 are arranged.
  • the forming sections 26 contact the outside 13 of the conductor 12 from two mutually perpendicular
  • the conductor 12 is then reshaped by moving the conductor 12 through the reshaping opening 24
  • the forming sections 26 (or in other words the forming device 18 as a whole) become relative to the opening edges 22 by at least one during the forming process
  • Pivot axis 28 is pivoted and moved along at least one plane 30, the normal vector of which is the pivot axis 28.
  • the forming section 26 When changing the orientation of the forming sections 26 relative to the opening edges 22 of the guide 16, the forming section 26 becomes on the inside of the conductor 12
  • Opening edges 22 This is the by the
  • Forming sections 26 (continuous conductor 12 would not undergo any forming) is shown in FIG. 7 with solid lines drawn.
  • the forming device 18 would be pivoted about a pivot axis that intersects the conductor 12, which would result in the conductor 12 being loaded by the forming sections 26 from two opposite sides (not shown) ).
  • the forming device 18 is not only pivoted, but in the pivot plane 30, the
  • Normal vector is the pivot axis 28, moved translationally in the direction of the inside of the deformation (inner radius) (illustrated by arrow 31). This is done in such a way that the one arranged on the inside of the sheet
  • Forming section 26 its relative position to the
  • the pivoting movement and the translatory compensating movement are thus in particular coordinated with one another in such a way that the shaping section 26 'when pivoting relative to the
  • Opening edges 22 of the guide 16 can be gradual or continuous, as explained above.
  • the forming sections 26 can at the same time about several pivot axes relative to the opening edges 22 of the guide 16 swiveled and moved along several levels. This allows not only a two-dimensional, but also a three-dimensional deformation of a conductor 12 into one
  • Compensating movements can take place, for example, in such a way that the middle of the part of the or
  • Forming sections 26 does not perform any relative movement.
  • the conductor 12 has an essentially rectangular cross section (orthogonal to the longitudinal direction; X axis).
  • the conductor 12 is a wire. Although shown differently in FIGS. 1 and 2 for reasons of understanding, the conductor 12 is a conductor piece or
  • a conductor section (no continuous material or continuous wire).
  • the conductor 12 has an insulating sheath. This is a coating, for example a layer of lacquer.
  • the conductor 12 is hereby already completely insulated, so that the conductor 12 is reshaped together with its insulating sheathing.
  • the conductor 12 may comprise copper or consist of copper or have a copper core with an insulating jacket.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung (10) zum Formen eines vorzugsweise haarnadelförmigen Wicklungselements aus einem Leiter (12).

Description

Titel: Verfahren und Vorrichtung zum Formen eines
Wicklungselements
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Formen eines
Wicklungselements mit den Merkmalen des Oberbegriffs von
Anspruch 1. Zudem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Formen eines Wicklungselements mit den Merkmalen des
Oberbegriffs des nebengeordneten Anspruchs. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung eine Verwendung einer derartigen Vorrichtung zum Formen eines Wicklungselements mit den Merkmalen des weiter nebengeordneten Anspruchs.
Verfahren und Vorrichtungen eingangs genannter Art sind der Anmelderin aus der Praxis bekannt. So werden bei der Fertigung von Elektromotoren für Traktionsantriebe einzelne
Wicklungselemente (Steckspulen, sog. "Hairpins") hergestellt, die im weiteren Prozess zu einer Statorwicklung
weiterverarbeitet werden. Um bedingt durch höheren
Füllungsgrad eine höhere Effizienz von Elektromaschinen zu erreichen, wurde in der Hairpin-Technologie von runden auf rechteckige Leiterquerschnitte übergegangen. Im Rahmen der Herstellung der Wicklungselemente müssen aus Endlosmaterial entsprechende Leiterstücke abgetrennt und zu geeigneten
Wicklungselementen umgeformt werden. Anschließend werden die Wicklungselemente nach einer Positionierung am Stator
miteinander verschweißt.
Mit einem haarnadelförmigen Wicklungselement, einem
sogenannten Hairpin (da seine Form eben der einer Haarnadel ähnelt) ist im Sinne der vorliegenden Anmeldung ein
Wicklungselement gemeint, das zwei parallele Schenkel und einen diese beiden Schenkel miteinander verbindenden Abschnitt umfasst, der insbesondere Bogenförmig ausgebildet ist. Ein Hairpin kann insbesondere U-Förmig ausgebildet sein. Der verbindende Abschnitt kann insbesondere eine dreidimensionale Erstreckung aufweisen.
Die Leiterstücke werden im Stand der Technik üblicherweise durch eine oder mehrere verschiedene Biegestationen (2D- oder 3D-Biegestationen) zu Wicklungselementen umgeformt. Dadurch lassen sich die Leiterstücke in die zur Montage am Stator erforderliche Form bringen. Problematisch ist allerdings, dass der Aufwand beim Bau solcher Biegestationen vergleichsweise hoch ist. Zudem können Leiterstücke durch eine Biegestation regelmäßig nur zu einheitlichen oder sich lediglich
geringfügig unterscheidenden Wicklungselementen umgeformt werden. Dies erschwert eine rentable Fertigung von
Wicklungselementen, insbesondere bei hoher Formenvielfalt und geringen Stückzahlen identischer Wicklungselemente.
DE 10 2009 025 988 Al beschreibt eine Einrichtung zum
Freiformbiegen von Hohlprofilen.
US 2003 / 0 029 215 Al beschreibt eine Biegevorrichtung für Flachdrähte .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Herstellung von Wicklungselementen mit unterschiedlichen Formen auf
kostengünstige Art und Weise zu ermöglichen. Dabei ist
wünschenswert, dass hierzu lediglich eine Vorrichtung
erforderlich ist.
Die Erfindung löst die voranstehende Aufgabe durch ein
Verfahren zum Formen eines vorzugsweise haarnadelförmigen Wicklungselements ( sog . "Hairpin" oder Steckspule) aus einem Leiter gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Der Leiter ist entlang einer Längsrichtung länglich erstreckt ausgebildet und weist eine (oder mehrere) sich entlang der Längsrichtung erstreckende Außenseite (n) auf. Das Verfahren zeichnet sich durch mehrere Schritte aus, die nachfolgend beschrieben werden .
Zunächst erfolgt ein Durchführen des Leiters durch eine
Führung, wobei die Führung eine Auslassöffnung aufweist, deren Öffnungsränder beim Durchtritt des Leiters die Außenseite des Leiters von zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen her beidseitig (mit anderen Worten von vier Seiten her)
kontaktieren. Durch die beidseitige Kontaktierung des Leiters von den zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen her, ist der Leiter quasi in der Auslassöffnung zwangsgeführt. Mit anderen Worten, er durchtritt die Auslassöffnung also in einer durch die Kontaktierung genau vorgegebenen Orientierung.
In einem weiteren Schritt erfolgt ein Durchführen des aus der Führung austretenden Leiters durch eine (in Transportrichtung des Leiters) vorzugsweise direkt auf die Auslassöffnung folgende Umformeinrichtung, die eine Umformöffnung umfasst, an deren Rand oder Rändern mehrere Umformabschnitte angeordnet sind. Die Umformabschnitte kontaktieren die Außenseite des Leiters von zwei senkrecht zueinander stehenden einander gegenüberliegenden Richtungen her beidseitig (mit anderen Worten von vier Seiten her) . Durch die beidseitige
Kontaktierung des Leiters von den zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen her ist der Leiter quasi in der
Umformöffnung zwangsgeführt. Mit anderen Worten, er durchtritt die Umformöffnung also in einer durch die Kontaktierung genau vorgegebenen Orientierung.
In einem weiteren Schritt erfolgt ein Umformen des Leiters durch Bewegen des Leiters durch die Umformöffnung hindurch bei gleichzeitigem Verändern der Orientierung der Umformabschnitte relativ zu den Öffnungsrändern der Führung. Dabei werden die Umformabschnitte (oder mit anderen Worten die
Umformeinrichtung insgesamt) im Laufe des Umformvorgangs relativ zu den Öffnungsrändern um mindestens eine
Schwenkachse, die orthogonal zur Transportrichtung verläuft, verschwenkt und entlang mindestens einer Ebene translatorisch bewegt, deren Normalenvektor die Schwenkachse ist. Durch die Überlagerung der Schwenkbewegung und der translatorischen Bewegung wird dabei die Schwenkachse der Umformabschnitte von einer Mittellängsachse (Mittelachse in dessen Längsrichtung) des Leiters weg verlagert. Dabei kann zusätzlich vorgesehen sein (insbesondere dem eben beschriebenen Umformvorgang überlagert) , dass die Umformabschnitte (oder mit anderen
Worten die Umformeinrichtung insgesamt) im Laufe des
Umformvorgangs relativ zu den Öffnungsrändern um mindestens eine Schwenkachse, die der Transportrichtung entspricht, verschwenkt wird (Tordierung des Leiters) . Wie bereits oben erläutert durchtritt der Leiter sowohl die Auslassöffnung als auch die Umformöffnung in einer genau vorgegebenen
Orientierung, da er durch die jeweilige beidseitige
Kontaktierung des Leiters von den zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen her in der Auslassöffnung und der
Umformöffnung zwangsgeführt ist. Durch die Änderung der
Ausrichtung der Auslassöffnung zur Umformöffnung durch das Verschwenken während des Umformens wird der Leiter zwangsweise gebogen und ggf. tordiert.
Das vorgeschlagene Verfahren hat den Vorteil, dass
Wicklungselemente mit unterschiedlichen Formen auf einfache Weise hergestellt werden können, indem ein Leiter durch die Führung hindurch geführt und mittels der Umformeinrichtung in die gewünschte Form gebracht wird, wozu die Umformabschnitte bzw. die Umformeinrichtung insgesamt verschwenkt werden. Um ein Klemmen des Leiters in der Umformeinrichtung und damit unerwünschte Fehlformungen oder Beschädigungen des Leiters zu vermeiden, wenn die Umformeinrichtung um die orthogonal zur Transportrichtung orientierten Schwenkachsen geschwenkt wird, erfolgt gleichzeitig zum Verschwenken ein Bewegen der
Umformeinrichtung bzw. deren Umformabschnitte in einer Ebene, deren Normalenvektor die Schwenkachse ist (Kompensation der Schwenkbewegung) . Anders ausgedrückt erfolgen einerseits ein Verschwenken bzw. eine Rotation zur Umformung des Leiters und andererseits eine translatorische Bewegung zur Kompensation des in der Schwenkebene infolge der Schwenkbewegung
entstehenden Versatzes (Versatz der Umformöffnung bezogen auf die Auslassöffnung der Führung) . Beim Verschwenken um die Transportrichtung herum (Torsionsbewegung) ist eine derartige translatorische Kompensation nicht nötig. Durch dieses
Verfahren lässt sich eine hohe Vielfalt an Wicklungselementen mit unterschiedlichen Formen hersteilen. Dadurch lassen sich die bekannten Biegestationen ersetzen. Es lassen sich
unterschiedliche Wicklungselemente auch mit nur geringen
Stückzahlen wirtschaftlich rentabel hersteilen. Durch die Kompensation der Schwenkbewegung mittels überlagerter
Translation wird bei der Umformung des Leiters in einen auszubildenden Bogen der an der Innenseite des am Leiter auszubildenden Bogens (bspw. einem auszubildenden Innenradius) angeordnete Umformabschnitt in seiner Relativposition
gegenüber den Öffnungsrändern geringer verändert werden als der ihm gegenüberliegend angeordnete Umformabschnitt bzw. als die anderen Umformabschnitte.
Das Verschwenken erfolgt insbesondere graduell. Je schneller der Leiter durch die Führung bzw. die Umformeinrichtung durchgeschoben wird, desto schneller kann die
Umformeinrichtung bzw. deren Umformabschnitte verschwenkt werden, um eine ähnliche oder gleiche Kurve zu erhalten.
Je höher die Vorschubgeschwindigkeit des Leiters, desto schneller kann die Schwenkbewegung der Umformeinrichtung
(Winkelgeschwindigkeit) durchgeführt werden.
Die Führung (Führungseinrichtung) führt den Leiter und
stabilisiert diesen bei der Zuführung zu der Umformeinrichtung sowie während des Umformens. Der Vorschub des Leiters von der Führung zur Umformeinrichtung kann mittels einer
Handhabungseinheit, bspw. einer Greifereinheit, einer der vorliegenden Vorrichtung (Umformvorrichtung) vorgeschalteten Vorrichtung zum Trennen des Leiters erfolgen, die den als Endlosmaterial vorliegenden Leiter (Haspel) in definierte Leiterstücke ablängt und abtrennt. Insoweit kann die
vorliegende Vorrichtung ein Bestandteil einer größeren
Prozesskette darstellen. Ebenfalls denkbar ist, dass die hier vorliegende Vorrichtung unabhängig eingesetzt wird (Stand- Alone-Version) , wobei der Vorschub des Leiters mittels einer Vorschubeinrichtung erfolgen kann.
Das Verfahren kann weiter umfassen, dass der Umformabschnitt an der Innenseite des am Leiter auszubildenden Bogens in seiner Relativposition gegenüber den Öffnungsrändern
unverändert bleiben. Mit anderen Worten, die
Verschwenkbewegung (um eine Schwenkachse, die orthogonal zur Transportrichtung verläuft) der Umformabschnitte kann derart auf die translatorische Kompensationsbewegung der
Umformabschnitte abgestimmt sein, dass der Umformabschnitt an der Innenseite des am Leiter auszubildenden Bogens in seiner Relativposition gegenüber den Öffnungsrändern unverändert bleibt. Damit wird der Umformvorgang des Leiters begünstigt, da - in Transportrichtung gesehen - der Öffnungsquerschnitt der Umformöffnung überwiegend oder vollständig an der von der Umformung abgewandten Seite ("Kurvenaußenseite") verändert wird. Der sich durch die Schwenkbewegung ergebende
"Lochversatz" wird damit weitgehend oder vollständig
ausgeglichen. Dadurch sind die bei der Umformung entstehenden Kräfte vergleichsweise gering. Auch die Klemmneigung der Umformvorrichtung kann gering gehalten werden. In zweckmäßiger Weise kann das Verschwenken der
Umformabschnitte relativ zu den Öffnungsrändern der Führung schrittweise oder kontinuierlich erfolgen. Durch schrittweises Verschwenken lassen sich Umformungen mit mehreren ggf.
unterschiedlich stark gekrümmten Umformabschnitten
realisieren. Durch kontinuierliches Verschwenken lassen sich Umformungen realisieren, deren Krümmungsradius sich stetig ändert (abnimmt oder zunimmt) .
In vorteilhafter Weise können die Umformabschnitte relativ zu den Öffnungsrändern der Führung gleichzeitig um mehrere
Schwenkachsen verschwenkt, insbesondere und entlang mehrerer Ebenen bewegt, werden. Somit ist nicht nur eine
zweidimensionale Umformung des Leiters möglich ("2D- Umformung", bspw. U-förmiges flaches Hairpin) wie bei einer Schwenkachse und Bewegung in einer Ebene, sondern eine
dreidimensionale Umformung des Leiters ( "3D-Umformung" , bspw. kundenspezifische Form entsprechend eines individuellen
Wicklungsdiagramms) , so dass sich Wicklungselemente mit nahezu beliebigen Formen realisieren lassen.
Im Konkreten kann der Leiter einen (orthogonal zur
Längsrichtung) im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Damit lassen sich Wicklungselemente für
Statorwicklungen mit höherem Füllungsgrad erzielen. Unabhängig vom Leiterquerschnitt kann es sich bei dem Leiter um einen Draht handeln.
Vorzugsweise ist der Leiter ein Vollmaterial, er weist also keine Hohlräume auf. Weiterhin ist denkbar, dass der Leiter ein Leiterstück
(Leiterabschnitt) ist (kein Endlosmaterial oder Endlosdraht) . Somit wird die Umformung am bereits abgetrennten und
abgelängten Leiter, also an einem Leiterstück, durchgeführt. Die Abtrennung des Leiters kann in einem der Umformung
vorgelagerten Prozess bzw. einer vorgelagerten Vorrichtung erfolgen .
Der Leiter kann insbesondere mittels einer Handhabungseinheit durchgeführt werden, die als klemmend greifende
Vorschubeinrichtung ausgebildet ist. Damit ist gemeint, dass die Vorschubeinrichtung den Leiter klemmend greift, so dass eine Relativbewegung zwischen Vorschubeinrichtung und Leiter nicht mehr stattfinden kann und der Leiter dann durch eine Bewegung der Vorschubeinrichtung bewegt wird.
In zweckmäßiger Weise kann der Leiter eine isolierende
Ummantelung aufweisen. Hierbei kann es sich um eine
Beschichtung, bspw. eine Lackschicht, handeln. Hiermit ist der Leiter bereits fertig isoliert, so dass die Umformung des Leiters zusammen mit seiner isolierenden Ummantelung erfolgt.
Denkbar ist ferner, dass der Leiter Kupfer umfasst oder aus Kupfer besteht oder einen Kupferkern mit einer isolierenden Ummantelung aufweist. Hiermit lässt sich ein Leiter mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit bereitstellen .
Zur weiteren Ausgestaltung des Verfahrens können auch die nachfolgend im Zusammenhang mit der Vorrichtung beschriebenen Maßnahmen dienen, die sich auch in verfahrensmäßiger Hinsicht lesen lassen. Die eingangs genannte Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung zum Formen eines vorzugsweise haarnadelförmigen
Wicklungselements (Hairpin; Steckspule) aus einem Leiter mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs gelöst. Die
Vorrichtung zeichnet sich durch mehrere Merkmale aus, die nachfolgend beschrieben werden.
Die Vorrichtung verfügt über eine Führung
(Führungseinrichtung) , wobei die Führung eine Auslassöffnung aufweist, deren Öffnungsränder ausgebildet und angeordnet sind, um den Leiter beim Durchtritt durch die Auslassöffnung von zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen her
beidseitig (mit anderen Worten von vier Seiten her) an seiner Außenseite zu kontaktieren. Die Vorrichtung verfügt außerdem über eine Umformeinrichtung, die (in Transportrichtung des Leiters) vorzugsweise direkt auf die Auslassöffnung folgend angeordnet ist und eine Umformöffnung umfasst, an deren Rand mehrere Umformabschnitte angeordnet sind. Die Umformabschnitte sind ausgebildet und angeordnet, um den Leiter beim Durchtritt durch die Umformöffnung von zwei senkrecht zueinander
stehenden Richtungen her beidseitig (mit anderen Worten von vier Seiten her) an seiner Außenseite zu kontaktieren. Die Vorrichtung weist mindestens eine Schwenkeinrichtung und mindestens eine Ausgleichseinrichtung auf, die derart mit der Umformeinrichtung Zusammenwirken, dass die Umformabschnitte relativ zu den Öffnungsrändern um eine Schwenkachse, die orthogonal zur Transportrichtung verläuft, verschwenkbar und entlang einer Ebene translatorisch bewegbar sind, deren
Normalenvektor die Schwenkachse ist und/oder die Vorrichtung weist mindestens eine Schwenkeinrichtung auf, die derart mit der Umformeinrichtung zusammenwirkt, dass die Umformabschnitte (oder mit anderen Worten die Umformeinrichtung insgesamt) relativ zu den Öffnungsrändern um mindestens eine
Schwenkachse, die der Transportrichtung entspricht,
verschwenkbar sind.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung kann die Vorrichtung eine erste, zweite und/oder dritte Schwenkeinrichtung
umfassen, sowie eine erste und/oder zweite
Ausgleichseinrichtung aufweisen. Mittels der
Schwenkeinrichtungen lässt sich eine zweidimensionale oder eine dreidimensionale Umformung des Leiters erzielen. Mittels der Ausgleicheinrichtung (en) kann die Umformeinrichtung translatorisch bewegt werden, um den infolge der
Schwenkbewegung entstehenden "Lochversatz" auszugleichen, wie oben erläutert.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung kann die erste
Schwenkeinrichtung eine erste, insbesondere innere Aufhängung aufweisen, an der die Umformeinrichtung befestigt ist, wobei die erste, insbesondere innere Aufhängung um eine sich entlang der Transportrichtung (Richtung in der der Leiter durch die Führung bewegt wird und dort der Längserstreckung des Leiters entspricht) des Leiters erstreckende (erste) Schwenkachse schwenkbar gelagert und mittels einer ersten
Antriebseinrichtung verschwenkbar ist. Hiermit kann der Leiter um die Transportrichtung (X-Richtung) bzw. Längserstreckung herum umgeformt werden, bspw. kann hiermit ein Spiralabschnitt (spiralförmigen Abschnitt einer Wicklung) realisiert werden.
Da bei diesem Schwenkvorgang (Rotation um Transportrichtung des Leiters bzw. X-Richtung) kein Versatz stattfindet, ist hierfür keine Ausgleichseinrichtung erforderlich. Die innere Aufhängung ("Hauptscheibe") kann scheibenförmig ausgebildet sein und eine Aussparung aufweisen (teilweise Scheibe oder Teilscheibe) . Durch die Aussparung wird dem
Leiter insbesondere bei einer Formgebung zu einer Haarnadel Raum gegeben (bei haarnadelförmiger Umformung "kommt der
Leiter zurück") . Zudem ist eine gute Zugänglichkeit für
Wartungs- oder Rüstarbeiten erreicht. An der inneren
Aufhängung können Befestigungsabschnitte für die
Umformeinrichtung ausgebildet sein, die Befestigungspunkte aufweisen (Bohrungen oder Durchgänge mit Innengewinden zur Schraubbefestigung) . Die innere Aufhängung kann durch mehrere Lager schwenkbar gehalten sein, bspw. durch drei bezogen auf die Schwenkachse um 120° versetzte Lager. Diese Lager können an der mittleren Aufhängung befestigt sein, wie weiter unten beschrieben .
Die innere Aufhängung kann an ihrem Außenumfang einen radial abragenden Bund aufweisen, der mit einer in den Lagern jeweils ausgebildeten Nut korrespondiert. Die erste
Antriebseinrichtung kann einen Motor, bspw. einen
(bürstenlosen) Elektromotor, aufweisen, der die innere
Aufhängung um deren Schwenkachse antreiben kann. Die
Antriebseinrichtung und die innere Aufhängung können mittels einer Zahnradverbindung oder mittels eines Schraubradgetriebes gekoppelt sein. Die Motorwelle der Antriebseinrichtung und die Schwenkachse können parallel zueinander orientiert sein.
In vorteilhafter Weise kann die zweite Schwenkeinrichtung eine zweite, insbesondere mittlere Aufhängung aufweisen, die um eine zur Transportrichtung (Richtung in der der Leiter durch die Führung bewegt wird und dort der Längserstreckung des Leiters entspricht) orthogonale zweite Schwenkachse, vorzugsweise eine vertikale Schwenkachse, schwenkbar gelagert und mittels einer zweiten Antriebseinrichtung verschwenkbar ist (Schwenkbewegung um Y-Achse) . Hiermit ist eine Umformung des Leiters in einer Ebene möglich ( "2D-Umformung" ) , bspw. einer bezogen auf den Rahmen der Vorrichtung horizontalen Ebene. An der zweiten, insbesondere mittleren Aufhängung können insbesondere die erste, insbesondere innere Aufhängung und die daran befestigte Umformeinrichtung gelagert sein.
Die zweite, insbesondere mittlere Aufhängung ("zweite
Scheibe") kann scheibenförmig ausgebildet sein und eine
Aussparung aufweisen (teilweise Scheibe oder flacher
Kreisringabschnitts) . Durch die Aussparung kann dem Leiter bspw. bei einer Formgebung zu einer Haarnadel Raum gegeben werden und es ist eine gute Zugänglichkeit für Wartungs- oder Rüstarbeiten erreicht. An der zweiten, insbesondere mittleren Aufhängung können, bspw. mittels einer Schraubverbindung, die Lager befestigt sein, die die innere Scheibe ("Hauptscheibe") schwenkbar lagern. Die erste Antriebseinrichtung für die erste, insbesondere innere Aufhängung kann ebenfalls an der mittleren Scheibe befestigt sein, bspw. mittels
Schraubverbindungen. Die Schwenkbewegung (Rotation) der mittleren Aufhängung kann direkt durch die Motorwelle der zweiten Antriebseinrichtung vorgegeben werden.
Die zweite Antriebseinrichtung kann einen Motor, bspw. einen (bürstenlosen) Elektromotor, aufweisen, wobei die zweite
Schwenkachse und die Mittellängsachse der Motorwelle kongruent sind. Die zweite Antriebseinrichtung kann an einer äußeren Aufhängung befestigt sein, wie nachfolgend beschrieben. Eine Befestigung der mittleren Aufhängung an der äußeren Aufhängung kann mittels Lagereinheiten erfolgen, die eine Schwenkbewegung um die zweite Schwenkachse ermöglichen. Die Lagereinheiten können mehrere Befestigungsabschnitte, Bolzen und/oder
Wälzlager aufweisen.
In weiter vorteilhafter Weise kann die dritte
Schwenkeinrichtung eine dritte, insbesondere äußere Aufhängung aufweisen, die um eine zur Transportrichtung (Richtung in der der Leiter durch die Führung bewegt wird und dort der
Längserstreckung des Leiters entspricht) orthogonale dritte Schwenkachse, vorzugsweise eine horizontale Schwenkachse, schwenkbar gelagert und mittels einer dritten
Antriebseinrichtung verschwenkbar ist (Schwenkbewegung um die Z-Achse) . Hiermit ist eine Umformung des Leiters in einer weiteren Ebene möglich ( "2D-Umformung" ) , bspw. einer bezogen auf den Rahmen der Vorrichtung vertikalen Ebene. Zusammen mit der zweiten Schwenkeinrichtung ist somit eine dreidimensionale Umformung eines Leiters zu einem Wicklungselement möglich ( "3D-Umformung" ) . An der dritten, insbesondere äußeren
Aufhängung können insbesondere
die mittlere Aufhängung und die innere Aufhängung mit der daran befestigten Umformeinrichtung gelagert sein.
Die dritte, insbesondere äußere Aufhängung kann als
Kreisringabschnitt ausgebildet sein und bspw. einen C-förmigen Querschnitt aufweisen ("Halbmond"). An der dritten,
insbesondere äußeren Aufhängung können die Lagereinheiten für die mittlere Aufhängung und/oder die zweite
Antriebseinrichtung für die mittlere Aufhängung befestigt sein. Die Schwenkbewegung (Rotation) der dritten, insbesondere äußeren Aufhängung kann direkt durch die Motorwelle der dritten Antriebseinrichtung vorgegeben werden. Die dritte Antriebseinrichtung kann einen Motor, bspw. einen Elektromotor, aufweisen, wobei die dritte Schwenkachse und die Mittellängsachse der Motorwelle der dritten
Antriebseinrichtung kongruent sind. Die dritte
Antriebseinrichtung kann mittels einer ersten
Ausgleichseinrichtung und/oder einer zweiten
Ausgleichseinrichtung an einem als Tragestruktur für die
Vorrichtung dienenden Rahmen befestigt sein, wie nachfolgend beschrieben .
Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung kann die
Umformeinrichtung als auswechselbare Werkzeugeinheit
ausgebildet sein. Hiermit kann die Umformeinrichtung je nach Querschnitt, Abmessungen und/oder der am Leiter vorzunehmenden Umformungen ausgewählt und angepasst werden. Die
Umformeinrichtung kann eine plattenförmige Haltestruktur
(Grundplatte) mit Bohrungen/Durchgängen zur Befestigung an der inneren Aufhängung (Hauptscheibe) aufweisen. Die
Umformeinrichtung kann eine oder zwei Justiereinrichtungen zur Feineinstellung der Positionierung der Umformeinrichtung in der Ebene der Grundplatte aufweisen ( Z-Y-Justiereinrichtung) . Hierzu kann die Umformeinrichtung einen relativ zur
Grundplatte einstellbaren Anschlag aufweisen. Der Anschlag kann mittels einer Fixierschraube relativ zur Grundplatte justiert und fixiert werden. In dem Anschlag können Bohrungen oder Durchgänge mit Gewinden zur Befestigung an der inneren Aufhängung (Hauptscheibe) ausgebildet sein. Die Vorrichtung kann mehrere unterschiedliche Werkzeugeinheiten aufweisen, bspw. kann mit der Vorrichtung ein Set unterschiedlicher
Umformeinrichtungen vorgehalten werden.
Im Konkreten können die Umformabschnitte der Umformeinrichtung jeweils durch einen Stift oder durch eine Rolle gebildet sein. Der Stift oder die Rolle können mittels Wälzlager an oder in der Grundplatte gelagert sein. Es können vier Stifte/Rollen vorgesehen sein, von denen sich jeweils zwei einander
gegenüberliegen. Es lassen sich unterschiedliche
Umformeinrichtungen für unterschiedliche Umformungen
bereitstellen . Zudem können konstruktiv einfache
Umformeinrichtungen bereitgestellt werden (bspw. Ausführungen ohne Wälzlager) oder konstruktiv hochwertige Ausführungen (bspw. Ausführungen mit Wälzlagern) bereitgestellt werden. Mit einer Rolle ist dabei gemeint, dass das Lager zur Lagerung der Rolle in dem Längsbereich der Rotationsachse der Rolle
angeordnet ist, in dem auch der Kontakt der Rolle zum Leiter stattfindet. Ein Stift kann über ein Lager, das entlang der Längsachse des Stifts zur Stelle an der der Stift den Leiter kontaktiert versetzt angeordnet ist, rotierbar gelagert sein.
In vorteilhafter Weise kann ein als Tragestruktur dienender Rahmen vorgesehen sein, wobei die Schwenkeinrichtungen mittels der ersten Ausgleichseinrichtung und/oder der zweiten
Ausgleichseinrichtung mit dem Rahmen gekoppelt ist. Somit kann eine Kompensation der Schwenkbewegungen erfolgen, wobei die Schwenkeinrichtung (en) insgesamt relativ zum Rahmen bewegt werden kann/können.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung kann die erste
Ausgleichseinrichtung einen entlang einer ersten Richtung, insbesondere entlang einer bezogen auf den Rahmen horizontalen Richtung, verfahrbaren ersten Schlitten aufweisen, der mittels einer vierten Antriebseinrichtung antreibbar ist, so dass die Umformeinrichtung entlang der Schwenkachse der dritten
Schwenkeinrichtung bewegbar ist. Dadurch kann der bezogen auf den Leiter seitlichen Versatz (Versatz in Z-Richtung) als Effekt der Schwenkbewegung um die Y-Achse kompensiert werden.
Über die erste Ausgleichseinrichtung und die zweite
Ausgleichseinrichtung kann die Umformeinrichtung entlang den beiden zur Transportrichtung orthogonalen Schwenkachsen translatorisch bewegbar sein.
Der erste Schlitten kann mittels vier Linearführungen (bspw. mit Käfigkugel) mit dem Rahmen gekoppelt sein. Zwei
Linearführungen können an einer oberen Rahmenseite befestigt sein und zwei Linearführungen können an einer unteren
Rahmenseite befestigt sein. Der erste Schlitten kann durch die vierte Antriebseinrichtung bewegt werden. Die vierte
Antriebseinrichtung kann einen Motor, bspw. einen
Elektromotor, aufweisen und am Rahmen fixiert sein. Mit der Motorwelle kann eine Spindel, bspw. eine Kugelrollspindel, gekoppelt sein, die mit einer am ersten Schlitten befestigten Mutter, bspw. einer Spindelmutter, zusammenwirkt. Die
Motorwelle kann mittels einer Metallbalgkupplung mit der Spindel gekoppelt sein. Die Metallbalgkupplung dient als Ausgleichselement, mit dem bspw. ein Ausgleich von lateralem Versatz und axialen Bewegungen erfolgen kann.
In vorteilhafter Weise kann die zweite Ausgleichseinrichtung einen entlang einer zweiten Richtung, insbesondere entlang einer bezogen auf den Rahmen vertikalen Richtung, verfahrbaren zweiten Schlitten aufweisen, der mittels einer fünften
Antriebseinrichtung antreibbar ist, so dass die
Umformeinrichtung entlang einer zur Schwenkachse der zweiten Schwenkeinrichtung orthogonalen Achse bewegbar ist. Dadurch kann der bezogen auf den Leiter vertikalen Versatz (Versatz in Y-Richtung) als Effekt der Schwenkbewegung um die Z-Achse kompensiert werden. Der zweite Schlitten kann mittels
mehreren, bspw. zwei oder vier, Linearführungen (bspw. mit Käfigkugel) mit dem Rahmen gekoppelt sein. Der zweite
Schlitten kann mittels der fünften Antriebseinrichtung
angetrieben werden. Die fünfte Antriebseinrichtung kann einen Motor, bspw. einen Elektromotor, aufweisen und am Rahmen fixiert sein. Mit der Motorwelle kann eine Spindel, bspw. eine Kugelrollspindel, gekoppelt sein, die mit einer am zweiten Schlitten befestigten Mutter, bspw. einer Spindelmutter, zusammenwirkt. Die Motorwelle kann mittels einer
Metallbalgkupplung mit der Spindel gekoppelt sein. Die
Metallbalgkupplung dient als Ausgleichselement, mit dem bspw. ein Ausgleich von lateralem Versatz und axialen Bewegungen erfolgen kann.
Zur weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung können auch die voranstehend im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen Maßnahmen dienen, die sich auch in vorrichtungsmäßiger
Hinsicht lesen lassen.
Die eingangs genannte Aufgabe wird auch durch Verwendung einer Vorrichtung wie voranstehend beschrieben zum Formen eines vorzugsweise haarnadelförmigen Wicklungselements (Hairpin; Steckspule) aus einem Leiter gelöst. Dies kann entsprechend einer oder mehrerer Maßnahmen gemäß dem voranstehend
beschriebenen Verfahren erfolgen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie der
erfindungsgemäßen können die Öffnungsränder derart ausgebildet und angeordnet sein, dass sie eine im Wesentlichen rechteckige Auslassöffnung bilden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie der
erfindungsgemäßen können die Umformabschnitte derart
ausgebildet und angeordnet sein, dass sie eine im Wesentlichen rechteckige Umformöffnung bilden. Die Umformabschnitte können sich jeweils paarweise gegenüberliegend und parallel
zueinander angeordnet sein, wobei die entsprechenden beiden Paare der Umformabschnitte um 90° versetzt zueinander
angeordnet sein können.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher beschrieben, wobei gleiche oder funktional gleiche Elemente ggf. lediglich einmal mit Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen :
Fig.l eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum Formen eines haarnadelförmigen Wicklungselements aus einem Leiter in einer perspektivischen Vorderansicht;
Fig.2 die Vorrichtung aus Figur 1 in einer
perspektivischen Rückansicht;
Fig.3 die Vorrichtung aus Figur 1 in einer teilweisen und vergrößerten Vorderansicht;
Fig .4a-c eine Ausführungsform einer Umformeinrichtung der
Vorrichtung aus Figur 1 in mehreren Ansichten;
Fig.5a-c eine Ausführungsform einer Umformeinrichtung der
Vorrichtung aus Figur 1 in mehreren Ansichten; Fig.6a-c eine Ausführungsform einer Umformeinrichtung der Vorrichtung aus Figur 1 in mehreren Ansichten;
Fig.7 eine Veränderung der Orientierung der
Umformabschnitte relativ zu den Öffnungsrändern der Führung in einer schematischen Darstellung.
Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 10 zum Formen eines bspw.
haarnadelförmigen Wicklungselements ("Hairpin") aus einem Leiter 12. Der Leiter 12 ist entlang einer Längsrichtung (X- Richtung) länglich erstreckt ausgebildet und weist eine sich entlang der Längsrichtung erstreckende Außenseite 13 auf. Die Komponenten der Vorrichtung 10 sind mit einem als
Tragestruktur dienenden Rahmen 14 gekoppelt oder an diesem befestigt .
Die Vorrichtung 10 weist eine (in Figur 1 teilweise verdeckte) Führung 16 sowie eine Umformeinrichtung 18 auf, durch die der Leiter 12 geführt wird. Die Umformeinrichtung 18 kann mittels mehrerer Schwenkeinrichtungen und mehrerer
Ausgleichseinrichtungen relativ zur Führung 16 bewegt werden, wodurch sich der durch die Führung 16 und die
Umformeinrichtung 18 geführte Leiter 12 zu einem bspw.
haarnadelförmigen Wicklungselement umformen lässt. Dies wird nachfolgend im Einzelnen erläutert, wobei auf die in Figur 1 eingezeichneten Raumachsen (X-Achse, Y-Achse und Z-Achse)
Bezug genommen wird. Die X-Achse erstreckt sich entlang der Längsrichtung des Leiters 12, die Y-Achse erstreckt sich orthogonal hierzu nach oben (in Figur 1 senkrecht nach oben) und die Z-Achse erstreckt sich orthogonal zur X-Y-Ebene (in Figur 1 nach schräg links unten) . Wie bereits angedeutet, weist die Vorrichtung 10 eine Führung 16 auf (in Figur 1 teilweise verdeckt), die eine
Auslassöffnung 20 aufweist (siehe Figur 7). Die Öffnungsränder 22 der Auslassöffnung 20 sind ausgebildet und angeordnet, um den Leiter 12 beim Durchtritt durch die Auslassöffnung 20 von zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen her beidseitig (von vier Seiten her) zu kontaktieren (in Figur 7 nur
angedeutet) .
Wie ebenfalls zuvor angedeutet, weist die Vorrichtung 10 eine Umformeinrichtung 18 auf, die in Transportrichtung des Leiters 12 (X-Achse) unmittelbar auf die Auslassöffnung 20 folgend angeordnet ist und eine Umformöffnung 24 umfasst. An dem Rand oder den Rändern der Umformöffnung 24 sind vier
Umformabschnitte 26 angeordnet, die dazu ausgebildet und angeordnet sind, um den Leiter 12 beim Durchtritt durch die Umformöffnung 24 von zwei senkrecht zueinander stehenden
Richtungen her beidseitig, also von vier Seiten her, an seiner Außenseite 13 zu kontaktieren. Die vier Umformabschnitte 26 sind derart ausgebildet und angeordnet, dass die Umformöffnung 24 weitestgehend rechteckig ausgebildet ist.
Die Vorrichtung 10 weist mindestens eine Schwenkeinrichtung und mindestens eine Ausgleicheinrichtung auf, die derart mit der Umformeinrichtung 18 Zusammenwirken, dass die
Umformabschnitte 26 relativ zu den Öffnungsrändern 22 um mindestens eine Schwenkachse 28 verschwenkbar und entlang mindestens einer Ebene 30 bewegbar sind, deren Normalenvektor die Schwenkachse 28 ist (in Figur 7 veranschaulicht) . Im Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 10 eine erste Schwenkeinrichtung 32, eine zweite Schwenkeinrichtung 34, eine dritte Schwenkeinrichtung 36, eine erste Ausgleichseinrichtung 38 und eine zweite Ausgleichseinrichtung 40 auf.
Die erste Schwenkeinrichtung 32 weist eine erste, innere
Aufhängung 42 auf, an der die Umformeinrichtung 18 befestigt, bspw. verschraubt ist. Die innere Aufhängung 42 ist um eine sich entlang der Transportrichtung des Leiters 12 erstreckende erste Schwenkachse (X-Achse) schwenkbar gelagert und mittels einer ersten Antriebseinrichtung 44 verschwenkbar . Hiermit kann der Leiter 12 um die Transportrichtung (X-Achse) herum umgeformt werden (Torsion des Leiters 12 um die X-Achse) . Da hierbei kein Versatz stattfindet (Mittellängsachsen der
Auslassöffnung 20 und der Umformöffnung 24 sind kongruent bzw. liegen beide auf der X-Achse) , ist an der ersten
Schwenkeinrichtung 32 keine Ausgleichseinrichtung
erforderlich .
Die innere Aufhängung 42 (Hauptscheibe 42) ist scheibenförmig ausgebildet und weist eine Aussparung 43 auf, die zur Seite hin offen ist (Kreisringabschnitt) . Durch die Aussparung 43 wird Raum für die Umformung des Leiters 12 geschaffen. An der inneren Aufhängung 42 sind Befestigungsabschnitte 46 für die Umformeinrichtung 18 ausgebildet, die als Befestigungspunkte Bohrungen oder Durchgänge mit Innengewinden zur
Schraubbefestigung aufweisen (ohne Bezugszeichen) . Die innere Aufhängung 42 ist durch mehrere Lager 48 schwenkbar gehalten, die bezogen auf die Transportrichtung (X-Achse) bspw. um 120° versetzt sind. Diese Lager 48 sind an der mittleren Aufhängung 50 befestigt, wie weiter unten beschrieben. Die innere Aufhängung 42 weist an ihrem Außenumfang einen radial abragenden Bund 52 auf, der mit einer in den Lagern 48 jeweils ausgebildeten Nut 54 korrespondiert. Die erste
Antriebseinrichtung 44 kann einen Motor, bspw. einen
(bürstenlosen) Elektromotor, aufweisen, der die innere
Aufhängung 42 um deren Schwenkachse (X-Achse) antreiben kann. Die Antriebseinrichtung 44 und die innere Aufhängung 42 sind mittels einer Zahnradverbindung oder eines Schraubradgetriebes gekoppelt. Die Motorwelle der Antriebseinrichtung 44 und die Schwenkachse (X-Achse) sind parallel zueinander orientiert.
Die zweite Schwenkeinrichtung 34 weist eine zweite, mittlere Aufhängung 50 auf, die um eine zur Transportrichtung (X-Achse) orthogonale zweite (hier vertikale) Schwenkachse (Y-Achse) schwenkbar gelagert und mittels einer zweiten
Antriebseinrichtung 56 verschwenkbar ist (Schwenkbewegung um die Y-Achse) . Hiermit ist eine Umformung des Leiters in einer Ebene möglich ( "2D-Umformung" , d.h. Umformung zu einem flachen Hairpin) .
An der mittleren Aufhängung 50 sind die innere Aufhängung 42 und die daran befestigte Umformeinrichtung 18 gelagert. Die mittlere Aufhängung 50 (zweite Scheibe 50) ist scheibenförmig ausgebildet und weist eine Aussparung 58 auf (flacher
Kreisringabschnitt) . Durch die Aussparung 58 wird Raum für die Umformung des Leiters 12 geschaffen. An der mittleren
Aufhängung 50 sind jeweils mittels einer Schraubverbindung die Lager 48 befestigt. Die erste Antriebseinrichtung 44 für die innere Aufhängung 42 ist ebenfalls an der mittleren Scheibe 50 befestigt, bspw. mittels Schraubverbindungen. Die Schwenkbewegung (Rotation) der mittleren Aufhängung 50 ist direkt durch die Motorwelle (ohne Bezugszeichen) der zweiten Antriebseinrichtung 56 vorgegeben. Die zweite
Antriebseinrichtung 56 weist einen Motor, bspw. einen
(bürstenlosen) Elektromotor, auf, wobei die zweite
Schwenkachse (Y-Achse) und die Mittellängsachse der Motorwelle kongruent sind. Die zweite Antriebseinrichtung 56 ist an einer äußeren Aufhängung 60 befestigt, wie nachfolgend beschrieben. Eine Befestigung der mittleren Aufhängung 50 an der äußeren Aufhängung 60 erfolgt mittels Lagereinheiten 62, die eine Schwenkbewegung um die zweite Schwenkachse (Y-Achse)
ermöglichen. Die Lagereinheiten 62 weisen mehrere
Befestigungsabschnitte 64, Bolzen 66 und Wälzlager (nicht dargestellt) auf.
Die dritte Schwenkeinrichtung 36 weist eine dritte, äußere Aufhängung 60 auf, die um eine zur Transportrichtung
orthogonale dritte (hier vertikale) Schwenkachse (Z-Achse) schwenkbar gelagert und mittels einer dritten
Antriebseinrichtung 68 verschwenkbar ist (Schwenkbewegung um die Z-Achse) . Hiermit ist eine Umformung des Leiters 12 in einer weiteren Ebene möglich ( "2D-Umformung" ) , bspw. einer bezogen auf den Rahmen 14 der Vorrichtung 10 vertikalen Ebene (X-Y-Ebene) . Zusammen mit der zweiten Schwenkeinrichtung 34 ist somit eine dreidimensionale Umformung des Leiters 12 zu einem Wicklungselement möglich ( "3D-Umformung" ) .
An der äußeren Aufhängung 60 sind die mittlere Aufhängung 50 und die innere Aufhängung 42 mit der daran befestigten
Umformeinrichtung 18 gelagert. Die äußere Aufhängung 60 ist als Kreisringabschnitt ausgebildet und weist einen C-förmigen Querschnitt auf. An der äußeren Aufhängung 60 sind die Lagereinheiten 62 und die zweite Antriebseinrichtung 56 für die mittlere Aufhängung 50 befestigt.
Die Schwenkbewegung (Rotation) der äußeren Aufhängung 60 wird direkt durch die Motorwelle (ohne Bezugszeichen) der dritten Antriebseinrichtung 68 vorgegeben. Die dritte
Antriebseinrichtung 68 weist einen Motor, bspw. einen
(bürstenlosen) Elektromotor, auf, wobei die dritte
Schwenkachse (Z-Achse) und die Mittellängsachse der Motorwelle der dritten Antriebseinrichtung 68 kongruent sind. Die dritte Antriebseinrichtung 68 ist mittels der ersten
Ausgleichseinrichtung 38 und/oder der zweiten
Ausgleichseinrichtung 40 an dem Rahmen 14 befestigt, wie weiter unten beschrieben.
Die Umformeinrichtung 18 ist als auswechselbare
Werkzeugeinheit ausgebildet (siehe Figuren 4 bis 6) . Hiermit kann die passende Umformeinrichtung 18 ausgewählt und an die Umformung angepasst werden.
Die Umformeinrichtung 18 weist eine plattenförmige
Haltestruktur 70 (Grundplatte 70) mit Bohrungen/Durchgängen zur Befestigung an der inneren Aufhängung 42 auf. Die
Umformeinrichtung 18 weist zwei Justiereinrichtungen 72, 74 zur Feineinstellung der Umformeinrichtung 18 in der Ebene der Grundplatte 70 auf. Hierzu weist die Umformeinrichtung 18 relativ zur Grundplatte 18 einstellbare Anschläge 76, 78 auf. Der Anschlag 76, 78 kann jeweils mittels einer Fixierschraube 80 relativ zur Grundplatte 70 justiert und fixiert werden. Im Anschlag 76, 78 können Bohrungen oder Durchgänge mit Gewinden zur Befestigung an der inneren Aufhängung 42 ausgebildet sein (ohne Bezugszeichen) . Die Vorrichtung 10 kann mehrere unterschiedliche Umformeinrichtungen 18 bzw. Werkzeugeinheiten aufweisen, bspw. kann mit der Vorrichtung 10 ein Set
unterschiedlicher Umformeinrichtungen 18 vorgehalten werden.
Die Umformabschnitte 26 der Umformeinrichtung 18 sind jeweils durch einen Stift 82 oder durch eine Rolle 84 gebildet, die optional mittels eines Wälzlagers 86 an der Umformeinrichtung 18 gelagert sein können. Auf Grund der rechteckigen
Querschnittsform des Leiters 12 sind jeweils vier
Umformabschnitte 26 vorgesehen.
Zur Bereitstellung einer konstruktiv einfachen
Umformeinrichtung 18 können die Stifte 82 (ohne Wälzlager) an oder in der Grundplatte 70 befestigt werden (siehe Figur 5) . Wird der Leiter 12 durch die Umformöffnung 24 geführt, drehen sich die Stift 82 nicht oder nur geringfügig mit. Konstruktiv höherwertige Lösungen lassen sich durch Ausführungen mit Wälzlagern erreichen. So können die Stifte 82 mittels
Wälzlagern 86 an bzw. in der Grundplatte 70 gelagert werden (siehe Figur 4a) . Ebenso können Rollen 84 mittels Wälzlagern 86 an bzw. in der Grundplatte 70 gelagert werden (siehe Figur 6a) . Die Rollen 84 bzw. die Wälzlager 86 können mittels
Schrauben 88 an Lagerböcken 90 befestigt werden, die an der Grundplatte 70 befestigt sind.
Wie bereits angedeutet, weist die Vorrichtung 10 als
Tragestruktur einen Rahmen 14 auf, wobei die dritte
Schwenkeinrichtung 36 mittels der ersten Ausgleichseinrichtung 38 und der zweiten Ausgleichseinrichtung 40 mit dem Rahmen 14 gekoppelt ist. Die erste Ausgleichseinrichtung 38 weist einen entlang einer bezogen auf den Rahmen 14 horizontalen Richtung verfahrbaren ersten Schlitten 92 auf, der mittels einer vierten
Antriebseinrichtung 94 antreibbar ist, so dass die
Umformeinrichtung 18 entlang der Schwenkachse der dritten Schwenkeinrichtung (Z-Achse) bewegbar ist. Dadurch kann der bezogen auf den Leiter 12 seitlichen Versatz (Versatz in Z- Richtung) als Effekt der Schwenkbewegung um die Y-Achse kompensiert werden.
Der erste Schlitten 92 kann mittels vier Linearführungen 96 (bspw. mit Käfigkugel) mit dem Rahmen 14 gekoppelt sein. Zwei Linearführungen 96 sind an einem oberen Rahmenabschnitt 14' befestigt und zwei Linearführungen 96 sind an einem unteren Rahmenabschnitt 14'' befestigt. Der erste Schlitten 92 kann durch die vierte Antriebseinrichtung 94 entlang der
Linearführungen 96 bewegt werden. Die vierte
Antriebseinrichtung 96 kann einen Motor, bspw. einen
(bürstenlosen) Elektromotor, aufweisen und am Rahmen 14 fixiert sein. Mit der Motorwelle ist eine Spindel 98
(Kugelrollspindel 98), gekoppelt, die mit einer am ersten Schlitten 92 befestigten Mutter (Spindelmutter; nicht
dargestellt) zusammenwirkt. Die Motorwelle der vierten
Antriebseinrichtung 96 ist mittels einer Metallbalgkupplung 100 mit der Spindel 98 gekoppelt.
Die zweite Ausgleichseinrichtung 40 weist einen entlang einer bezogen auf den Rahmen 14 vertikalen Richtung verfahrbaren zweiten Schlitten 102 auf, der mittels einer fünften
Antriebseinrichtung 104 antreibbar ist, so dass die
Umformeinrichtung 18 entlang einer zur Schwenkachse der dritten Schwenkeinrichtung 36 (Z-Achse) orthogonalen Achse bewegbar ist (Y-Achse) . Dadurch kann der bezogen auf den
Leiter 12 vertikalen Versatz (Versatz in Y-Richtung) als
Effekt der Schwenkbewegung um die Z-Achse kompensiert werden.
Der zweite Schlitten 102 ist mittels zwei Linearführungen 106 (bspw. mit Käfigkugel) mit dem Rahmen 14 gekoppelt. Der zweite Schlitten 102 kann mittels der fünften Antriebseinrichtung 104 entlang der Linearführungen 106 angetrieben werden. Die fünfte Antriebseinrichtung 104 weist einen Motor, bspw. einen
(bürstenlosen) Elektromotor, auf und ist am Rahmen 14 fixiert. Mit der Motorwelle der fünften Antriebseinrichtung 104 ist eine Spindel 108 (Kugelrollspindel 108) gekoppelt, die mit einer am zweiten Schlitten 102 befestigten Mutter
(Spindelmutter; nicht dargestellt) zusammenwirkt. Die
Motorwelle ist mittels einer Metallbalgkupplung 110 mit der Spindel 108 gekoppelt.
Das Verfahren zum Formen eines vorzugsweise haarnadelförmigen Wicklungselements (Hairpin; Steckspule) aus einem Leiter 12, der entlang einer Längsrichtung (X-Achse) länglich erstreckt ausgebildet ist und eine sich entlang der Längsrichtung erstreckende Außenseite 13 aufweist, arbeitet folgendermaßen:
Zunächst erfolgt ein Durchführen des Leiters 12 durch die Führung 16, wobei die Führung 16 eine Auslassöffnung 20 aufweist, deren Öffnungsränder 22 beim Durchtritt des Leiters 12 die Außenseite 13 des Leiters von zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen her beidseitig (von vier Seiten her) kontaktieren .
Darauf erfolgt ein Durchführen des aus der Führung 16
austretenden Leiters 12 durch eine (in Transportrichtung des Leiters 12) direkt auf die Auslassöffnung 20 folgende Umformeinrichtung 18, die eine Umformöffnung 24 umfasst, an deren Rand oder Rändern mehrere Umformabschnitte 26 angeordnet sind. Die Umformabschnitte 26 kontaktieren die Außenseite 13 des Leiters 12 von zwei senkrecht zueinander stehenden
Richtungen her beidseitig (von vier Seiten her) .
Darauf erfolgt ein Umformen des Leiters 12 durch Bewegen des Leiters 12 durch die Umformöffnung 24 hindurch bei
gleichzeitigem Verändern der Orientierung der Umformabschnitte 26 relativ zu den Öffnungsrändern 22 der Führung 20. Dabei werden die Umformabschnitte 26 (oder mit anderen Worten die Umformeinrichtung 18 insgesamt) im Laufe des Umformvorgangs relativ zu den Öffnungsrändern 22 um mindestens eine
Schwenkachse 28 verschwenkt und entlang mindestens einer Ebene 30 bewegt, deren Normalenvektor die Schwenkachse 28 ist.
Bei der Änderung der Orientierung der Umformabschnitte 26 relativ zu den Öffnungsrändern 22 der Führung 16 wird der Umformabschnitt 26 an der Innenseite des am Leiter 12
auszubildenden Bogens (Innenradius) in seiner Relativposition gegenüber den Öffnungsrändern 22 der Führung 16 geringer verändert als die anderen Umformabschnitte und verbleibt vorzugsweise in seiner Relativposition gegenüber den
Öffnungsrändern 22. Dadurch wird der sich durch die
Schwenkbewegung ergebende "Lochversatz" praktisch
ausgeglichen .
Dieser Aspekt ist in Figur 7 veranschaulicht. Die
Ausgangsstellung der Umformeinrichtung 18 bzw. der
Umformabschnitte 26 (durchlaufender Leiter 12 würde keine Umformung erfahren) ist in Figur 7 mit durchgezogenen Linien gezeichnet. Eine mögliche Umformstellung der Umformeinrichtung 18 bzw. der Umformabschnitte 26 (durchlaufender Leiter 12 wird wie dargestellt umgeformt) ist mit gestrichelten Linien gezeichnet. Würde die Orientierung der Umformeinrichtung 18 relativ zu den Öffnungsrändern 22 ausgehend von der
Ausgangsstellung (durchgezogene Linien) ohne Kompensation des Lochversatzes erfolgen, würde die Umformeinrichtung 18 um eine den Leiter 12 zentrisch schneidende Schwenkachse verschwenkt werden, was zur Folge hätte, dass der Leiter 12 durch die Umformabschnitte 26 von zwei gegenüberliegenden Seiten her belastet werden würde (nicht dargestellt) .
Um dies zu vermeiden, wird die Umformeinrichtung 18 nicht nur verschwenkt, sondern in der Schwenkebene 30, deren
Normalenvektor die Schwenkachse 28 ist, translatorisch in Richtung auf die Innenseite der Umformung (Innenradius) hin bewegt (veranschaulicht durch Pfeil 31) . Dies erfolgt derart, dass der an der Innenseite des Bogens angeordnete
Umformabschnitt 26' seine Relativposition zu den
Öffnungsrändern 22 während der Umformung nicht oder nur in vernachlässigbarer Weise verändert. Die überlagerte
Schwenkbewegung und translatorische Ausgleichsbewegung sind also quasi insbesondere derart aufeinander abgestimmt, dass der Umformabschnitt 26' beim Verschwenken gegenüber den
Öffnungsrändern 22 keine Relativbewegung ausführt.
Das Verschwenken der Umformabschnitte 26 relativ zu den
Öffnungsrändern 22 der Führung 16 kann schrittweise oder kontinuierlich erfolgen, wie oben erläutert.
Die Umformabschnitte 26 können relativ zu den Öffnungsrändern 22 der Führung 16 gleichzeitig um mehrere Schwenkachsen verschwenkt und entlang mehrerer Ebenen bewegt werden. Damit lassen sich nicht nur eine zweidimensionale, sondern auch eine dreidimensionale Verformung eines Leiters 12 zu einem
Wickelelement erreichen, wie oben dargestellt. Eine
überlagerte Kompensation zweier translatorischer
Ausgleichsbewegungen kann bspw. derart erfolgen, dass die Mitte des den Leiter kontaktierenden Teils des bzw.
Umformabschnitte 26 keine Relativbewegung ausführt.
Der Leiter 12 weist einen (orthogonal zur Längsrichtung; X- Achse) im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf. Bei dem Leiter 12 handelt es sich um einen Draht. Wenngleich in den Figuren 1 und 2 aus Verständnisgründen anders dargestellt, handelt es sich bei dem Leiter 12 um ein Leiterstück bzw.
einen Leiterabschnitt (kein Endlosmaterial oder Endlosdraht) .
Der Leiter 12 weist eine isolierende Ummantelung auf. Hierbei handelt es sich um eine Beschichtung, bspw. eine Lackschicht. Hiermit ist der Leiter 12 bereits fertig isoliert, so dass die Umformung des Leiters 12 zusammen mit seiner isolierenden Ummantelung erfolgt.
Der Leiter 12 kann Kupfer umfassen oder aus Kupfer bestehen oder einen Kupferkern mit einer isolierenden Ummantelung aufweisen .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Formen eines haarnadelförmigen
Wicklungselements aus einem Leiter (12), wobei der
Leiter (12) entlang einer Längsrichtung (X) länglich erstreckt ausgebildet ist und eine sich entlang der Längsrichtung (X) erstreckende Außenseite (13) aufweist, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- Durchführen des Leiters (12) in einer
Transportrichtung, die der Längsrichtung des (X) des Leiters entspricht, durch eine Führung (16), wobei die Führung (16) eine Auslassöffnung (20) aufweist, deren Öffnungsränder (22) beim Durchtritt des Leiters (12) die Außenseite (13) des Leiters (12) von zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen her beidseitig
kontaktieren;
- Durchführen des aus der Führung (16) austretenden Leiters (12) durch eine auf die Auslassöffnung (20) folgende Umformeinrichtung (18), die eine Umformöffnung (24) umfasst, an deren Rand mehrere Umformabschnitte (26) angeordnet sind, wobei die Umformabschnitte (26) die Außenseite (13) des Leiters (12) von zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen her beidseitig
kontaktieren; und
- Umformen des Leiters (12) durch Bewegen des Leiters (12) durch die Umformöffnung (24) hindurch bei
gleichzeitigem Verändern der Orientierung der
Umformabschnitte (26) relativ zu den Öffnungsrändern (22) der Führung (16), wobei die Umformabschnitte (26) im Laufe des Umformvorgangs relativ zu den
Öffnungsrändern (22) um mindestens eine Schwenkachse (28, Y, Z) , die orthogonal zur Transportrichtung
verläuft, verschwenkt und zeitgleich entlang mindestens einer Ebene (30) translatorisch bewegt werden, deren Normalenvektor die Schwenkachse (28, Y, Z) ist, wobei bei dieser Verschwenkbewegung mit überlagerter
translatorischer Bewegung der Umformabschnitte (26) relativ zu den Öffnungsrändern (22) der Führung der Umformabschnitt (26'), der an einer Innenseite eines am Leiter (12) auszubildenden Bogens angeordnet ist, in seiner Relativposition gegenüber den Öffnungsrändern (22) der Führung (16) geringer verändert wird als der ihm gegenüberliegend an der Außenseite des
auszubildenden Bogens angeordnete Umformabschnitt (26), insbesondere wobei während dem Umformvorgang zusätzlich die Umformabschnitte (26) relativ zu den Öffnungsrändern (22) um mindestens eine Schwenkachse (X), die der
Transportrichtung (X) entspricht, verschwenkt werden, um den Leiter (12) zu tordieren.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Änderung der Orientierung der Umformabschnitte (26) relativ zu den Öffnungsrändern (22) der Führung während des Umformens (16) der Umformabschnitt (26') an einer Innenseite eines am Leiter (12) auszubildenden Bogens in seiner Relativposition gegenüber den
Öffnungsrändern (22) unverändert bleibt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass das Verschwenken der
Umformabschnitte (26) relativ zu den Öffnungsrändern (22) der Führung (16) schrittweise oder kontinuierlich erfolgt .
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformabschnitte (26) relativ zu den Öffnungsrändern (22) der Führung (20) gleichzeitig oder nacheinander um mehrere Schwenkachsen (28, X, Y, Z) verschwenkt, insbesondere und entlang mehrerer Ebenen (30) bewegt werden.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter (12) einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist und/oder dass es sich bei dem Leiter (12) um einen Draht handelt.
6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter (12) ein
Leiterstück oder Leiterabschnitt ist.
7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter (12) eine isolierende Ummantelung aufweist.
8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter (12) Kupfer umfasst oder aus Kupfer besteht oder einen Kupferkern mit einer isolierenden Ummantelung aufweist.
9. Vorrichtung (10) zum Formen eines haarnadelförmigen
Wicklungselements aus einem Leiter (12), mit einer
Führung (16), wobei die Führung (16) eine Auslassöffnung (20) aufweist, deren Öffnungsränder (22) ausgebildet und angeordnet sind, um den Leiter (12) beim Durchtritt durch die Auslassöffnung (20) von zwei senkrecht
zueinander stehenden Richtungen her beidseitig an seiner Außenseite (13) zu kontaktieren; mit einer
Umformeinrichtung (18), die auf die Auslassöffnung (20) folgend angeordnet ist und eine Umformöffnung (24) umfasst, an deren Rand mehrere Umformabschnitte (26) angeordnet sind, wobei die Umformabschnitte (26)
ausgebildet und angeordnet sind, um den Leiter (12) beim Durchtritt durch die Umformöffnung (24) von zwei
senkrecht zueinander stehenden Richtungen her beidseitig an seiner Außenseite (13) zu kontaktieren; dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) mindestens eine Schwenkeinrichtung (34, 36) und mindestens eine Ausgleichseinrichtung (38, 40) aufweist, die derart mit der Umformeinrichtung (18) Zusammenwirken, dass die Umformabschnitte (26) relativ zu den Öffnungsrändern (22) um mindestens eine Schwenkachse (28, Y, Z) , die orthogonal zur Transportrichtung (X) verläuft,
verschwenkbar und entlang mindestens einer Ebene (30) translatorisch bewegbar sind, deren Normalenvektor die Schwenkachse (28, X, Y, Z) ist, insbesondere wobei die Vorrichtung (10) mindestens eine Schwenkeinrichtung (32) aufweist, die derart mit der Umformeinrichtung (18) zusammenwirkt, dass die Umformabschnitte (26) relativ zu den Öffnungsrändern (22) um mindestens eine Schwenkachse (X) , die der Transportrichtung entspricht,
verschwenkbar sind.
10. Vorrichtung (10) nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) eine erste Schwenkeinrichtung (32), eine zweite Schwenkeinrichtung (34) und/oder eine dritte Schwenkeinrichtung (36) umfasst, sowie eine erste Ausgleichseinrichtung (38) und/oder zweite Ausgleichseinrichtung (40).
11. Vorrichtung (10) nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, dass die erste Schwenkeinrichtung (32) eine erste, insbesondere innere Aufhängung (42) aufweist, an der die Umformeinrichtung (18) befestigt ist, wobei die erste, insbesondere innere Aufhängung (42) um eine sich entlang der Transportrichtung des Leiters (12) erstreckende Schwenkachse (X) schwenkbar gelagert und mittels einer ersten Antriebseinrichtung (44) verschwenkbar ist.
12. Vorrichtung (10) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch
gekennzeichnet, dass die zweite Schwenkeinrichtung (34) eine zweite, insbesondere mittlere Aufhängung (50) aufweist, die um eine zur Transportrichtung (X)
orthogonale zweite Schwenkachse (Y) , vorzugsweise eine vertikale Schwenkachse (Y) , schwenkbar gelagert und mittels einer zweiten Antriebseinrichtung (56)
verschwenkbar ist.
13. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte
Schwenkeinrichtung (36) eine dritte, insbesondere äußere Aufhängung (60) aufweist, die um eine zur
Transportrichtung (X) orthogonale dritte Schwenkachse (Z) , vorzugsweise eine horizontale Schwenkachse (Z) , schwenkbar gelagert und mittels einer dritten
Antriebseinrichtung (68) verschwenkbar ist.
14. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass die Umformeinrichtung (18) als auswechselbare Werkzeugeinheit ausgebildet ist.
15. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass die Umformabschnitte (26) der Umformeinrichtung (18) jeweils durch einen Stift (82) oder durch eine Rolle (84) gebildet ist.
16. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein als Tragestruktur dienender Rahmen (14) vorgesehen ist, wobei die dritte Schwenkeinrichtung (36) mittels der ersten
Ausgleichseinrichtung (38) und/oder der zweiten
Ausgleichseinrichtung (40) mit dem Rahmen (14) gekoppelt ist .
17. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erste
Ausgleichseinrichtung (38) einen entlang einer ersten Richtung (Z) , insbesondere einer bezogen auf den Rahmen horizontalen Richtung (Z) , verfahrbaren ersten Schlitten (92) aufweist, der mittels einer vierten
Antriebseinrichtung (94) antreibbar ist, so dass die Umformeinrichtung (18) entlang der Schwenkachse (Z) der dritten Schwenkeinrichtung (36) bewegbar ist.
18. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite
Ausgleichseinrichtung (40) einen entlang einer zweiten Richtung (Y) , insbesondere einer bezogen auf den Rahmen (14) vertikalen Richtung (Y) , verfahrbaren zweiten
Schlitten (102) aufweist, der mittels einer fünften Antriebseinrichtung (104) antreibbar ist, so dass die Umformeinrichtung (18) entlang einer zur Schwenkachse () der dritten Schwenkeinrichtung (36) orthogonalen Achse (Y) bewegbar ist.
19. Verwendung einer Vorrichtung (10) nach einem der
Ansprüche 9 bis 18 zum Formen eines vorzugsweise
haarnadelförmigen Wicklungselements aus einem Leiter (12), insbesondere gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
5
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