EP3987631A1 - Method and device for cutting winding elements to length and bending them - Google Patents

Method and device for cutting winding elements to length and bending them

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Publication number
EP3987631A1
EP3987631A1 EP20785684.0A EP20785684A EP3987631A1 EP 3987631 A1 EP3987631 A1 EP 3987631A1 EP 20785684 A EP20785684 A EP 20785684A EP 3987631 A1 EP3987631 A1 EP 3987631A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
conductor section
conductor
deformation
forming
influences
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.)
Pending
Application number
EP20785684.0A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Felix WIRTH
Jürgen Fleischer
Pier VAI
Fabrizio Giuradei
Federica FORTE
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 Technologies GmbH and Co KG
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 Technologies GmbH and Co KG filed Critical Gehring Technologies GmbH and Co KG
Publication of EP3987631A1 publication Critical patent/EP3987631A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/04Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of windings, prior to mounting into machines
    • H02K15/0414Windings consisting of separate elements, e.g. bars, hairpins, segments, half coils
    • H02K15/0421Windings consisting of separate elements, e.g. bars, hairpins, segments, half coils consisting of single conductors, e.g. hairpins
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21FWORKING OR PROCESSING OF METAL WIRE
    • B21F3/00Coiling wire into particular forms
    • B21F3/02Coiling wire into particular forms helically

Definitions

  • the invention relates to a method for forming, in particular hairpin-like, winding elements.
  • the invention relates to a device for forming winding elements.
  • individual winding elements plug-in coils, so-called "hairpins”
  • hairpins are produced, which are further processed into a stator winding in the further process.
  • Winding elements are formed.
  • the winding elements are then introduced into the stator and, after being positioned on the stator, are welded to one another.
  • a hairpin-shaped winding element in the context of the present application means a winding element which comprises two parallel legs and a section connecting these two legs, which is in particular arc-shaped.
  • a hairpin can in particular have a U-shaped profile.
  • the connecting section can in particular have a three-dimensional extension, in particular with constant and variable courses of the radii, that is to say be designed in such a way that parts of the connecting section extend out of the plane of the two legs.
  • 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 assembly on the stator.
  • the devices known from the prior art usually require calibration during operation.
  • the deformation influences or bending moments exerted on the conductor pieces in the course of the forming process are conventionally calibrated in the course of calibration runs by producing a plurality of shaped conductor pieces, with each conductor piece being shaped in the calibration runs usually using an independent one Test procedure (for example, by inserting a plurality of hairpins into a stator core) is measured for its correct deformation and the deformation influences are adapted in accordance with the results of this separately carried out test procedure.
  • the invention is based on the object of producing winding elements, in particular one
  • the invention achieves the above object by a method for forming, in particular hairpin-like (so-called “hairpin” or plug-in coil), winding elements from conductor pieces according to the features of claim 1.
  • the method comprises: reshaping a conductor section into an actual shape using a reshaping device which, in particular by means of kinematic changes in position and position, exerts reshaping influences on the conductor section in order to reshape it.
  • the conductor section is converted from an initial shape into an actual shape by the forming process.
  • the forming process is carried out by means of the forming device.
  • the shaping device exerts shaping influences on the conductor section.
  • the corresponding deformation influences are typically bending moments and torsional moments.
  • the conductor section is bent and additionally or alternatively twisted in order to convert the workpiece from the initial shape to the actual shape.
  • the detection device determines the three-dimensional extension of the reshaped conductor section, its three-dimensional shape, the actual shape that results from the reshaping.
  • the detection device is typically a device for machine vision, for example a line scanner, a stereoscopic device or some other type of 3D scanning device.
  • Determination of a deviation between the actual shape and a desired target shape The recorded or measured actual shape is given a predetermined desired shape, the Target form, compared. This comparison checks whether there is a discrepancy between the actual shape and the target shape. It is therefore checked whether the forming process has converted the conductor section into the desired shape, or whether there is a discrepancy between the shape resulting from the forming process (actual shape) and the desired target shape (target shape).
  • Adaptation of the forming influences used during forming based on a possibly determined deviation between the actual shape and the target shape. If a discrepancy is found in the comparison mentioned above, the deformation influences are adjusted so that the discrepancy is compensated as far as possible. In other words, an error in the shape achieved (deviation of the actual shape from the target shape) of the line section is compensated for by adapting the deformation influences to the conductor section. For example, the bending moments and torsional moments used to reshape the conductor section are adapted. As a result, the forming process becomes more and more precise, with this process improvement being automated and also being able to take changes in the process conditions into account. A certain operating state (e.g. certain bending and torsional moments) is not set and this is then carried out again and again without adaptation, but the process control is always improved in the direction of the desired target shape in the event of a deviation.
  • a certain operating state e.g. certain bending and torsional moments
  • the actual shape can be recorded as a large number of measuring points or curves that define the contour of the conductor section describe.
  • the desired shape can also be in the form of a set of points that describes the contour of the conductor section.
  • rotationally symmetrical conductor pieces are reshaped within the scope of the method. According to the invention it is also provided that the conductor piece to be reshaped has a non-rotationally symmetrical cross section (orthogonal to its longitudinal extension).
  • the adaptation of the deformation influences can take place during the deformation of a conductor section and the further deformation process can be carried out by means of the adapted deformation influences. In this way, a deviation detected at the beginning of the forming process can be taken into account while the forming process is running and the rest of the forming process can be adjusted accordingly.
  • the resulting deformed conductor section can either be classified as scrap (e.g. in the case of major deviations) or, by adapting the deformation influences, can represent a conductor section that can still be used.
  • the process according to the invention still offers an advantage over an adaptation that only takes place when the next conductor section is formed, since the shaping influences are already set correctly at the beginning of the reshaping process of the next conductor section, since, for example, several adjustment cycles the deformation influences could be carried out during the deformation of a single conductor section.
  • the adaptation of the uniform influences can, however, also only take place after the deformation of a first conductor section and a deformation process of a second (later, but not necessarily directly following) conductor section can be carried out by means of the adapted deformation influences.
  • the deformation influences can be adjusted more precisely. It can be provided, for example, that the first conductor section is reshaped, then "measured" by means of the detection device (acquisition of the actual shape) and the deviation from the target shape is determined while another conductor section is already being reshaped. When the deformation of the further conductor section is completed with the same deformation influences as in the case of the first conductor section, the deformation process of the second conductor section is carried out with the adapted deformation influences.
  • the acquisition of the actual shape and the comparison with the target shape, the determination of the deviation and the adaptation of the deformation influences are preferably carried out within a period of time that is less than the time required to deform a conductor section.
  • the (adapted) deformation influences that are used when deforming the conductor section can be determined based on a model, whereby the model determines the deformation influences (e.g. exerted bending and torsional moments) depending on the target shape (desired shape) and property parameters (e.g. bending stiffness) des Pretends ladder section.
  • the model determines the deformation influences (e.g. exerted bending and torsional moments) depending on the target shape (desired shape) and property parameters (e.g. bending stiffness) des Pretends ladder section.
  • the model determines the deformation influences (e.g. exerted bending and torsional moments) depending on the target shape (desired shape) and property parameters (e.g. bending stiffness) des Pretends ladder section.
  • properties parameters e.g. bending stiffness
  • the deformation influences that are used when deforming the conductor section can also be adapted proportionally to the determined difference based on a determined difference between the actual shape and the target shape.
  • the property parameters of the conductor section on which the model is based can be adjusted in a model adjustment step in such a way that the model is based on the deformation influences exerted (known and therefore fixed) and the adjusted property parameters (more adaptable in this step Parameter) specifies the actual form (known and therefore fixed).
  • the adapted forming influences can be used for further deformation (remainder of the conductor section or the next conductor section) based on the model (relationship between initial shape, deformation influences, property parameters and the target shape) and the adapted property parameters ( known and thus firmly specified) and the target shape (known and thus firmly specified).
  • Initial values for the property parameters used in the model can be determined by using the reshaping device to carry out a test reshaping process with predetermined test reshaping influences on a test conductor piece that has the same property parameters as the conductor pieces to be reshaped later.
  • the test forming influences are typically less complex than those actually used to manufacture a hairpin
  • Initial values can also be determined by tensile and / or bending tests in a separate test device.
  • a test lead piece can be subjected to a simple bend through a certain angle.
  • a test lead piece can also be subjected to a torsion through a specific angle.
  • initial values for the property parameters can then be derived accordingly.
  • the resulting actual shape (following the test forming process) of the test lead piece is recorded and based on the actual shape of the test lead piece and the test forming influences used, initial values for the property parameters are determined and the model used as a starting point for determining the forming influences.
  • the uniform device can be a free-form bending device which can deform conductor pieces in any three-dimensional manner.
  • the reshaping of the conductor section can in particular include:
  • the conductor section emerging from the guide is passed through a reshaping unit that follows the outlet opening and comprises a reshaping opening, at the edge of which several reshaping sections are arranged, the reshaping sections contacting the outside of the conductor section on both sides from two mutually perpendicular directions; and
  • Reshaping of the conductor section 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 reshaping sections being pivoted in the course of the reshaping process relative to the opening edges about at least one pivot axis which runs orthogonally to the transport direction and be moved translationally along at least one plane, the normal vector of which is the pivot axis, with the change the orientation of the uniform sections relative to the opening edges of the guide remains unchanged in its relative position with respect to the opening edges during the reshaping of the reshaping section on an inside of an arc to be formed on the conductor.
  • the conductor passes through both the outlet opening and the forming opening in a precisely predetermined orientation, since it is forcibly guided in the outlet opening and the forming opening from the two mutually perpendicular directions due to the respective bilateral contacting of the conductor section.
  • the conductor is forcibly bent and / or twisted.
  • the conductor piece is brought into the desired shape, for which purpose the shaping sections or the shaping device are pivoted as a whole.
  • the forming device is pivoted about the pivot axes oriented orthogonally to the transport direction, the forming device or its forming sections are moved simultaneously with the pivoting in a plane whose normal vector is the Is the swivel axis (compensation of the swivel movement).
  • Opening cross-section of the deformation opening is changed predominantly or completely on the side facing away from the deformation ("curve outside").
  • the "hole offset" resulting from the pivoting movement is thus largely or completely compensated for.
  • the forces generated during the forming process are comparatively low.
  • the tendency of the forming device to become jammed is also low.
  • the conductor is passed through a guide, the guide having an outlet opening, the opening edges of which contact the outside of the conductor from two mutually perpendicular directions on both sides (in other words from four sides) when the conductor passes through. Due to the two-sided contacting of the conductor from the two mutually perpendicular directions, the conductor is more or less positively guided in the outlet opening. In other words, it passes through the outlet opening in an orientation precisely predetermined by the contact.
  • a corresponding forced guidance is present in the deformation opening due to the two-sided contacting of the conductor section from the two mutually perpendicular directions. In other words, it passes through the deformation opening in an orientation precisely predetermined by the contact.
  • Reshaping takes place by moving the conductor section 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 forming device as a whole) are pivoted in the course of the forming process relative to the opening edges about at least one pivot axis that runs orthogonally to the transport direction and moved translationally along at least one plane whose normal vector is the Pivot axis is.
  • the superimposed translation can compensate for the hole offset and the position of the forming opening or its uniform section on the inside of a curvature can be kept constant with respect to the guide or its opening edges.
  • the conductor piece passes through both the outlet opening and the forming opening in a precisely predetermined orientation, since it is forcibly guided in the outlet opening and the forming opening from the two mutually perpendicular directions due to the respective bilateral contacting of the conductor piece.
  • a device for forming, in particular hairpin-like, winding elements from a conductor piece comprising: a guide, the guide having an outlet opening, the opening edges of which are designed and arranged to allow the conductor piece to pass through the
  • a deformation unit which is arranged following the outlet opening and comprises a deformation opening, at the edge of which a plurality of deformation sections are arranged, the deformation sections being designed and arranged to surround the conductor piece as it passes through the deformation opening to contact two directions perpendicular to one another on both sides on its outside;
  • the device has at least one first pivoting device and at least one first compensating device, which cooperate with the forming unit in such a way that the forming sections can be pivoted relative to the opening edges about at least one first pivot axis that runs orthogonally to the transport direction and can be moved translationally along at least one plane, whose normal vector is the swivel axis, the device in particular having a second swivel device and a second compensation device (compensates for the offset occurring during swiveling), which interact with the forming unit in such a way that the deforming sections relative to the opening edges about a second pivot
  • the device can comprise a control device which is designed and set up to specify the shaping influences (pivoting and compensating movements) exerted on the conductor pieces by means of the shaping unit, the control device being further designed and set up to carry out a method according to the embodiments described here and below perform.
  • the detection device can be set up and arranged to detect the actual shape of a reshaped conductor section when it emerges from the reshaped sections of the reshaping unit or while it emerges from the reshaped sections of the reshaping unit. Such a detection device can make it possible to adapt the deformation influences during the deformation of a conductor section.
  • the detection device can be set up and arranged to detect the actual shape of a deformed conductor section after the deformation process of the conductor section has been completed.
  • the method according to the invention is preferably based on a desired shape which has a 3-dimensional extension.
  • the target shape preferably comprises at least in some areas bending radii that change continuously along the course of the conductor section.
  • the method according to the invention takes into account the springback properties of the conductor pieces within the framework of the model.
  • the shaping process of the conductor pieces takes place in particular through a, in particular continuously, changing relative position of two openings to one another, which the
  • the conductor pieces are preferably formed from a solid material sheathed with insulation material.
  • the conductor pieces preferably have an essentially rectangular cross section, in particular with rounded corners.
  • the forming process used within the scope of the method according to the invention is a kinematic bending process with changing bending radii.
  • the desired shape is, in particular, a three-dimensional shape, that is to say a shape that does not run within a plane.
  • non-constant free-form bending radii are used in the forming process.
  • the forming process does not take place in a constant bending plane.
  • Fig.l shows an embodiment of a device for forming a hairpin-shaped winding element from a conductor section in a perspective front view
  • FIG. 2 shows the device from FIG. 1 in a perspective rear view
  • FIG. 3 shows the device from FIG. 1 in a partial and enlarged front view
  • 4a-c show an embodiment of a shaping device of the device from FIG. 1 in several views
  • 5a-c show an embodiment of a shaping device of the device from FIG. 1 in several views
  • 6a-c show an embodiment of a shaping device of the device from FIG. 1 in several views
  • FIG. 11 shows a model for carrying out the method according to the invention, with deformation influences being determined
  • FIG. 12 shows the model for carrying out the method according to the invention, with adapted property parameters being determined.
  • FIG. 1 shows a device 10, which represents a shaping device, for forming, for example, a hairpin-shaped winding element ("hairpin") from a conductor section 12.
  • the conductor section 12 is elongated along a longitudinal direction (X direction) and has a lengthwise direction Outside 13 extending in the longitudinal direction.
  • the components of the device 10 are coupled to or attached to a frame 14 serving as a support structure.
  • the device 10 has a guide 16 (partially covered in FIG. 1) and a shaping unit 18 through which the conductor section 12 is guided.
  • the forming unit 18 can be moved relative to the guide 16 by means of a plurality of pivoting devices and a plurality of compensating devices, as a result of which the conductor section 12 guided through the guide 16 and the forming unit 18 becomes, for example, a. can reshape hairpin-shaped winding element.
  • This is explained in detail below, reference being made to the spatial axes drawn in FIG. 1 (X-axis, Y-axis and Z-axis).
  • the X-axis extends along the longitudinal direction of the conductor section 12, the Y-axis extends orthogonally upwards (in FIG. 1 vertically upwards) and the Z-axis extends orthogonally to the XY-plane (in FIG. 1 obliquely to the left below).
  • the device 10 has a guide 16 (partially covered in FIG. 1) which has an outlet opening 20 (see FIG. 7).
  • the opening edges 22 of the outlet opening 20 are designed and arranged in order to contact the conductor piece 12 on both sides (from four sides) as it passes through the outlet opening 20 from two directions perpendicular to one another (only indicated in FIG. 7).
  • the device 10 has a forming unit 18 which is arranged directly following the outlet opening 20 in the transport direction of the conductor section 12 (X-axis) and comprises a forming opening 24.
  • a forming unit 18 which is arranged directly following the outlet opening 20 in the transport direction of the conductor section 12 (X-axis) and comprises a forming opening 24.
  • the deformation opening 24 On the edge or the edges of the deformation opening 24 are arranged four deforming sections 26, which are designed and arranged to surround the conductor section 12 as it passes through the deformation opening 24 from two mutually perpendicular directions on both sides, i.e. from four sides, on its outer side 13 to contact.
  • the four deformation sections 26 are designed and arranged in such a way that the deformation opening 24 is largely rectangular.
  • the device 10 has at least one pivoting device and at least one compensating device, which interact with the forming unit 18 in such a way that the 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 Figure 7).
  • the device 10 has a first pivot device 32, a second pivot device 34, a third pivot device 36, a first compensation device 38 and a second compensation device 40.
  • the first pivoting device 32 has a first, inner suspension 42, to which the forming unit 18 is fastened, for example screwed.
  • the inner suspension 42 is mounted pivotably about a first pivot axis (X-axis) extending along the transport direction of the ladder section 12 and is pivotable by means of a first drive device 44.
  • X-axis first pivot axis
  • the conductor section 12 can be reshaped around the transport direction (X-axis) (torsion of the conductor section 12 around the X-axis). Since there is no offset here (central longitudinal axes of outlet opening 20 and deformation opening 24 are congruent or both lie on the X axis), is on the first Pivoting device 32 no compensating device required.
  • the inner suspension 42 (main disk 42) is disk-shaped and has a recess 43 which is open to the side (circular ring section).
  • the recess 43 creates space for the deformation of the conductor section 12 (for example in the case of bends through 180 °).
  • Fastening sections 46 for the forming unit 18 are formed on the inner suspension 42 and have bores or passages with internal threads for screw fastening as fastening points (without reference symbols).
  • the inner suspension 42 is pivotably held by several bearings 48, which are offset by 120 °, for example, in relation 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 projecting collar 52 which corresponds to a groove 54 formed in each of the bearings 48.
  • the first drive device 44 can have a motor, for example a (brushless) electric motor, which can drive the inner suspension 42 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 transmission.
  • the motor shaft of the drive device 44 and the pivot 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) that is orthogonal to the transport direction (X-axis) and is pivotable by means of a second drive device 56 (pivoting movement about the Y -Axis).
  • Y-axis second pivoting axis
  • X-axis transport direction
  • second drive device 56 pivoting movement about the Y -Axis
  • the inner suspension 42 and the forming unit 18 attached to it are mounted on the central suspension 50.
  • the middle suspension 50 (second disk 50) is disk-shaped and has a recess 58 (flat circular ring section).
  • the recess 58 creates space for the deformation of the conductor section 12.
  • the bearings 48 are each fastened to the central suspension 50 by means of a screw connection.
  • the first drive device 44 for the inner suspension 42 is also attached to the middle disk 50, for example by means of screw connections.
  • the pivoting movement (rotation) of the central suspension 50 is predetermined directly by the motor shaft (without reference symbols) of the second drive device 56.
  • the second drive device 56 has a motor, for example a (brushless) electric motor, the second pivot axis (Y-axis) and the central longitudinal axis of the motor shaft being congruent.
  • the second drive device 56 is attached to an outer suspension 60, as described below.
  • the suspension 50 on the outer suspension 60 takes place by means of bearing units 62, which enable a pivoting movement about the second pivot axis (Y-axis).
  • the bearing units 62 have a plurality of fastening sections 64, bolts 66 and roller bearings (not shown).
  • the third pivoting device 36 has a third, outer suspension 60, which is pivotably mounted about a third (here vertical) pivoting axis (Z-axis) that is orthogonal to the transport direction and is pivotable by means of a third drive device 68 (pivoting movement about the Z-axis).
  • This enables the conductor section 12 to be deformed in a further plane (“2D deformation”), for example a plane that is vertical with respect to the frame 14 of the device 10 (X-Y plane).
  • 2D deformation for example a plane that is vertical with respect to the frame 14 of the device 10 (X-Y plane).
  • 3-D deformation a three-dimensional deformation of the conductor section 12 into a winding element
  • the outer suspension 60 On the outer suspension 60, the middle suspension 50 and the inner suspension 42 with the forming unit 18 attached thereto are mounted.
  • the outer suspension 60 is designed as a circular ring section and has a C-shaped cross section.
  • the bearing units 62 and the second drive device 56 for the central suspension 50 are fastened to the outer suspension 60.
  • the pivoting movement (rotation) of the outer suspension 60 is specified directly by the motor shaft (without reference symbols) of the third drive device 68.
  • the third Drive device 68 has a motor, for example a (brushless) electric motor, the third pivot axis (Z-axis) and the central longitudinal axis of the motor shaft of the third drive device 68 being congruent.
  • the third drive device 68 is fastened to the frame 14 by means of the first compensation device 38 and / or the second compensation device 40, as described further below.
  • the forming unit 18 is designed as an exchangeable tool unit (see FIGS. 4 to 6). In this way, the suitable forming unit 18 can be selected and adapted to the forming.
  • the forming unit 18 has a plate-shaped holding structure 70 (base plate 70) with bores / passages for attachment to the inner suspension 42.
  • the shaping unit 18 has two adjusting devices 72, 74 for fine adjustment of the shaping unit 18 in the plane of the base plate 70.
  • the shaping unit 18 has stops 76, 78 which can be adjusted relative to the base plate 18.
  • the stop 76, 78 can each be adjusted and fixed relative to the base plate 70 by means of a fixing screw 80. Bores or passages with threads for fastening to the inner suspension 42 can be formed in the stop 76, 78 (without reference symbols).
  • the device 10 can have several different shaping devices 18 or tool units, for example a set of different shaping devices 18 can be held with the device 10.
  • the uniform sections 26 of the forming unit 18 are each formed by a pin 82 or by a roller 84, which can optionally be mounted on the forming unit 18 by means of a roller bearing 86. Due to the rectangular
  • the pins 82 can be attached to or in the base plate 70 (see FIG. 5). If the conductor section 12 is passed through the deformation opening 24, the pins 82 do not rotate or only rotate slightly. Structurally higher-quality solutions can be achieved through designs with roller bearings.
  • the pins 82 can be mounted on or in the base plate 70 by means of roller bearings 86 (see FIG. 4a).
  • 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 attached by means of screws 88
  • Bearing blocks 90 are attached, which are attached to the base plate 70.
  • the device 10 has a frame 14 as a support structure, the third pivoting device 36 by means of the first compensating device 38 and the second
  • Compensation device 40 is coupled to frame 14.
  • the first compensation device 38 has a first slide 92 which can be moved along a horizontal direction with respect to the frame 14 and which can be driven by means of a fourth drive device 94 so that the forming unit 18 can be moved along the pivot axis of the third pivot device (Z-axis).
  • the lateral offset in relation to the conductor section 12 offset in the Z direction
  • the first slide 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 slide 92 can be moved along the linear guides 96 by the fourth drive device 94.
  • the fourth drive device 96 can have a motor, for example a (brushless) electric motor, and can be fixed on the frame 14.
  • a spindle 98 (ball screw 98) is coupled to the motor shaft and cooperates with a nut (spindle nut; not shown) attached to the first slide 92.
  • the motor shaft of the fourth drive device 96 is coupled to the spindle 98 by means of a metal bellows coupling 100.
  • the second compensation device 40 has a second slide 102 which can be moved along a vertical direction relative to the frame 14 and which can be driven by means of a fifth drive device 104 so that the Forming unit 18 can be moved along an axis (Y axis) which is orthogonal to the pivot axis of the third pivot device 36 (Z axis).
  • Y axis an axis
  • Z axis the vertical offset (offset in the Y direction) in relation to the conductor section 12 as an effect of the pivoting movement about the Z axis can be compensated.
  • the second slide 102 is coupled to the frame 14 by means of two linear guides 106 (for example with a cage ball).
  • the second slide 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 a (brushless) electric motor, and is fixed on the frame 14.
  • a spindle 108 (ball screw spindle 108) is coupled to the motor shaft of the fifth drive device 104 and cooperates with a nut (spindle nut; not shown) attached to the second slide 102.
  • the motor shaft is coupled to the spindle 108 by means of a metal bellows coupling 110.
  • Forming device 10 further comprises a detection device 200 or several
  • Detection devices 200 which are arranged and designed in such a way that they detect an actual shape of the conductor section 12 resulting from the reshaping process by means of machine vision when the conductor section 12 has passed the reshaping unit 18.
  • the detection device 200 in the sense of the invention is a device for detecting 3-dimensional shape data of the reshaped conductor section 12.
  • the detection device 200 detects the shape preferably by optical means. It can Line scanners, strip light systems or stereoscopic measuring devices can be used.
  • Forming device 10 further comprises a
  • Control device 300 which is designed and set up to predetermine the shaping influences exerted on the conductor pieces 12 by means of the shaping unit 18.
  • the control device 300 controls the forming device 10 and specifies the pivoting positions of the pivot devices 32, 34 and 36 as well as the respective compensation movement by the compensation devices 38 and 40.
  • the control device 300 controls the respective pivot devices 32, 34 and 36 and compensation devices 38 , 40 assigned
  • Drive units 44, 56, 68, 94, 96 and 104 on. Connection 310 to the drive units are indicated symbolically in FIG. 1; these can be designed in various ways, for example, wired or wireless.
  • the method for forming a preferably hairpin-shaped winding element (hairpin; plug-in coil) from a conductor piece 12, which is elongated along a longitudinal direction (X-axis) and has an outer side 13 extending along the longitudinal direction, is based on the example of the use of the forming device 10 , as follows:
  • Forming a conductor section 12 into an actual shape In other words, the conductor section 12 is removed from its straight starting shape by means of the reshaping device 10 into an actual shape, which corresponds, for example, to the hairpin shape shown in FIG. 8.
  • the shaping device 10 exerts shaping influences on the conductor section 12 in order to reshape it. These deformation influences are brought about by pivoting the deformation unit 18 with respect to the guide 16 or its outlet opening 20. In addition, the translational compensatory movements described above can be present in order to avoid an offset to the guide and the forming unit 18.
  • the detection device 200 is able to create a 3-D profile of the conductor section.
  • the actual shape of the conductor section can be measured directly when it emerges from the forming unit 18. It is also conceivable to use a detection device 200 which measures the finished hairpin three-dimensionally and thereby determines its actual shape.
  • the method further comprises determining a deviation between the actual shape and a desired target shape.
  • This determination of the deviation can take place over the entire extent of the finished, unformed conductor section 12 or, for example, if a detection device 200 is used that measures the hairpin as soon as it leaves the shaping device 18, also locally or in sections.
  • the method further comprises the adaptation of the shaping influences used during the shaping based on a possibly determined deviation between the actual shape and the target shape. This adaptation can also take place at the end of the complete reshaping of the conductor section into a hairpin or locally or in sections as soon as a deviation from the desired target shape is recognized.
  • the conductor section 12 is first passed through the guide 16.
  • the opening edges 22 of the outlet opening 20 contact the outside 13 of the conductor section 12 from two mutually perpendicular directions on both sides (from four sides) when the conductor section 12 passes through.
  • the conductor section 12 emerging from the guide 16 is guided through the reshaping unit 18 with the reshaping opening 24 following the outlet opening 20 directly (in the transport direction of the conductor section 12).
  • the deformed sections 26 contact the outside 13 of the conductor section 12 from two directions perpendicular to one another on both sides (from four sides).
  • the reshaping of the conductor section 12 takes place by moving the conductor section 12 through the reshaping opening 24 while at the same time changing the orientation of the reshaping sections 26 relative to the opening edges 22 of the guide 16 or the outlet opening 20
  • Forming unit 18 as a whole) in the course of the forming process is pivoted about the corresponding pivot axis pivot axis 28 relative to the opening edges 22 and moved along at least one plane 30, the normal vector of which is pivot axis 28.
  • FIG. 7 The starting position of the shaping unit 18 or the shaping sections 26 (continuous conductor section 12 would not undergo any shaping) is shown in FIG. 7 with solid lines.
  • the forming unit 18 is not only pivoted, but also moved in a translatory manner in the pivot plane 30, the normal vector of which is the pivot axis 28, towards the inside of the forming (inner radius) (illustrated by arrow 31).
  • the superimposed pivoting movement and translatory compensating movement are thus coordinated with one another in such a way that the deforming section 26 ′ does not perform any relative movement when pivoting with respect to the opening edges 22.
  • the conductor section By pivoting the deforming sections 26, the conductor section is bent or twisted.
  • the bending or torsional moments exerted represent the deformation influences exerted on the conductor section 12.
  • the detection device 200 detects the shape of the conductor section when it emerges from the deforming unit 18.
  • the shape information acquired by the acquisition device 200, the actual shape of the conductor section, is sent to the Control device 300 transmitted.
  • Control device 300 carries out a comparison between the shape information acquired by acquisition device 200, the actual shape of the conductor section after the forming process, and the desired target shape. If a deviation is found, the fits
  • Control device 300 the forming influences. In other words, it changes the pivot position of the deforming sections 26 provided for a specific bend or torsion or changes the bending or torsional moments intended for a specific bend or torsion that are to be exerted on the conductor section 12.
  • This adaptation of the deformation influences can take place during the deformation process of a conductor section, so that the rest of the conductor section is processed with the newly determined deformation influences or it can take place after the complete deformation process, so that the next conductor section is exposed to the corrected deformation influences .
  • FIG. 8 shows a hairpin 140 produced by means of the method according to the invention on the device according to the invention.
  • the hairpin 140 has two parallel, straight legs 150 and a connecting section 160 protruding from the plane of the legs 150 Hairpins 140 exerted on the previously rectilinear conductor section 12.
  • FIG. 9 illustrates a variant of the method according to the invention.
  • a conductor section 12 is reshaped into an actual shape using a reshaping device 10 which exerts reshaping influences on the conductor section 12 in order to reshape it.
  • a step 410 in the present example after the conclusion of step 400, the actual shape of the conductor section 12 is recorded by means of a detection device 200, in particular a detection device 200 for machine vision.
  • a deviation between the actual shape and a desired target shape is ascertained.
  • step 430 in the present example after the conclusion of step 420, the deformation influences used in the deformation are adapted based on a possibly determined deviation between the actual shape and the target shape.
  • step 430 After step 430 has been completed, a further forming process is carried out in a further step 400 with a further conductor section 12.
  • the adaptation of the deformation influences is carried out after the deformation of the entire conductor section 12 has been completed.
  • the actual shape of the conductor section 12 can be detected either during the deformation or after the end of the deformation.
  • FIG. 10 illustrates a further variant of the method according to the invention.
  • a conductor section 12 is reshaped into an actual shape using a reshaping device 10 which exerts reshaping influences on the conductor section 12 in order to reshape it.
  • a step 410 in the example of FIG. 10 while step 400 is being carried out, the actual shape of the conductor section 12 is detected by means of a detection device 200, in particular a detection device 200 for machine vision.
  • step 420 in the example of FIG. 10, after step 410 has been completed and while step 400 is being carried out, a deviation between the actual shape and a desired target shape is determined.
  • a step 430 after the conclusion of step 420 and while step 400 is being carried out, the deformation influences used in the deformation are adapted based on a possibly determined deviation between the actual shape and the target shape. Steps 410 and 420 are carried out continuously while the reshaping is being carried out, that is to say during step 400. As soon as there is a discrepancy between the actual form and the target Shape is determined locally, the corresponding deformation influences are adapted in step 430, which is then initiated accordingly. After completion of the respective step 430, the conductor section 12 is further deformed, that is to say step 400 is continued. After step 400 has been completed, a further forming process is carried out in a further step 400 with a further conductor section 12.
  • the adaptation of the deformation influences is carried out during the deformation of the conductor section 12.
  • the actual shape of the conductor section 12 is also recorded during the deformation.
  • FIGS. 11 and 12 illustrate a model 500 for calculating the deformation influences 540.
  • the model 500 takes into account at least the initial shape 510, the desired target shape 520 and property parameters 530 of the conductor section 12 to be deformed as parameters.
  • an estimate or initial values determined in a test run can be used for the property parameters 530.
  • the property parameters 530 are adjusted so that in a further run of the calculation shown in FIG. 11 instead of the initial value for the property parameters 530, adapted property parameters 530 'are used.
  • the adapted property parameters 530 ' are calculated by means of the model, with the model at least the initial shape 510 and the shaping influences 540 exerted in the shaping process (which were previously determined according to FIG. 11) as well as either the originally planned target shape 520 and the determined deviation 550 or the measured actual shape 560 is taken into account.
  • the model 500 is based on a reversible mathematical relationship between the individual parameters.
  • the method according to the invention is preferably based on a desired shape which has a 3-dimensional extension.
  • the desired shape preferably includes bending radii that change continuously over the course of the conductor section.

Abstract

The invention relates to a method and a device (10) for forming hairpin winding elements or similarly shaped winding elements from a conductor piece (12). According to the invention, a conductor piece (12) is continuously formed by a pivoting mechanism (34, 36), said pivoting mechanism adapting the forming process to the desired shape of the winding element by optical control (200) of the conductor piece (12).

Description

Titel : VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM ABLÄNGEN UND BIEGENTitle: METHOD AND DEVICE FOR CUTTING TO LENGTH AND BENDING
VON WICKLUNGSSEGMENTEN OF WINDING SEGMENTS
Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Formen von, insbesondere haarnadelartigen, Wicklungselementen. Zudem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Formen von Wicklungselernenten. 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 der Nut eine höhere Effizienz von Elektromaschinen zu erreichen, wurde in der Hairpin- Description The invention relates to a method for forming, in particular hairpin-like, winding elements. In addition, the invention relates to a device for forming winding elements. In the manufacture of electric motors for traction drives, individual winding elements (plug-in coils, so-called "hairpins") are produced, which are further processed into a stator winding in the further process. In order to achieve a higher efficiency of electrical machines due to the higher degree of filling of the groove, the hairpin
Technologie von runden auf rechteckige Leiterquerschnitte übergegangen. Im Rahmen der Herstellung der Wicklungselemente müssen aus Endlosmaterial entsprechende Leiterstücke abgetrennt und zu geeignetenTechnology changed from round to rectangular conductor cross-sections. As part of the manufacture of the winding elements, appropriate conductor pieces must be separated from endless material and converted into suitable ones
Wicklungselementen umgeformt werden. Anschließend werden die Wicklungselemente in den Stator eingebracht und nach einer Positionierung am Stator miteinander verschweißt. Winding elements are formed. The winding elements are then introduced into the stator and, after being positioned on the stator, are welded to one another.
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 ein U-förmiges Profil aufweisen. Der verbindende Abschnitt kann insbesondere eine dreidimensionale Erstreckung, insbesondere mit konstanten und variablen Verläufen der Radien aufweisen, also derart ausgebildet sein, dass sich Teile des verbindenden Abschnitts aus der Ebene der beiden Schenkel hinauserstrecken . A hairpin-shaped winding element, a so-called hairpin (since its shape resembles that of a hairpin), in the context of the present application means a winding element which comprises two parallel legs and a section connecting these two legs, which is in particular arc-shaped. A hairpin can in particular have a U-shaped profile. The connecting section can in particular have a three-dimensional extension, in particular with constant and variable courses of the radii, that is to say be designed in such a way that parts of the connecting section extend out of the plane of the two legs.
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. In the prior art, 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 assembly on the stator.
DE 102009 025 988 Al beschreibt eine Einrichtung zum Freiformbiegen von Hohlprofilen. US 2003/0029 215 Al beschreibt eine Biegevorrichtung für Flachdrähte . DE 102009 025 988 A1 describes a device for free-form bending of hollow profiles. US 2003/0029 215 A1 describes a bending device for flat wires.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen erfordern üblicherweise ein Kalibrieren im laufenden Betrieb. Mit anderen Worten, die auf die Leiterstücke im Rahmen des Umformvorgangs ausgeübten Umformeinflüsse bzw. Biegemomente, werden herkömmlicher Weise im Rahmen von Kalibrierläufen durch die Herstellung einer Mehrzahl an umgeformten Leiterstücken kalibriert, wobei im Anschluss an jedes in den Kalibrierläufen umgeformte Leiterstück dieses üblicherweise mittels einer eigenständigen Testprozedur (bspw. durch Einsetzen einer Mehrzahl an Hairpins in einen Statorkern) auf seine korrekte Umformung vermessen wird und entsprechend den Ergebnissen dieser separat durchgeführten Testprozedur die Umformeinflüsse angepasst werden. The devices known from the prior art usually require calibration during operation. In other words, the deformation influences or bending moments exerted on the conductor pieces in the course of the forming process are conventionally calibrated in the course of calibration runs by producing a plurality of shaped conductor pieces, with each conductor piece being shaped in the calibration runs usually using an independent one Test procedure (for example, by inserting a plurality of hairpins into a stator core) is measured for its correct deformation and the deformation influences are adapted in accordance with the results of this separately carried out test procedure.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Herstellung von Wicklungselementen, insbesondere einerThe invention is based on the object of producing winding elements, in particular one
Drahtspezifikation, also Drahtlänge, mit unterschiedlichen Formen auf kostengünstige Art und Weise zu ermöglichen, wobei insbesondere bei Produktionsbeginn möglichst wenig Ausschuss produziert wird. Weiter soll eine möglichst gleichbleibende Produktqualität sichergestellt werden. To enable wire specification, i.e. wire length, with different shapes in a cost-effective manner, with as little scrap as possible being produced, especially at the start of production. Furthermore, a product quality that is as constant as possible should be ensured.
Die Erfindung löst die voranstehende Aufgabe durch ein Verfahren zum Formen von, insbesondere haarnadelartigen (sog. "Hairpin" oder Steckspule), Wicklungselementen aus Leiterstücken gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Entsprechend umfasst das Verfahren: Umformen eines Leiterstücks in eine Ist-Form unter Verwendung einer Umformeinrichtung, die, insbesondere durch kinematische Positions- und Lageveränderungen, Umformeinflüsse auf das Leiterstück ausübt, um dieses umzuformen. Mit anderen Worten das Leiterstück wird von einer Ausgangsform durch den Umformvorgang in eine Ist-Form überführt. Der Umformvorgang wird mittels der Umformeinrichtung durchgeführt. Die Umformeinrichtung übt dabei Umformeinflüsse auf das Leiterstück aus. Die entsprechenden Umformeinflüsse sind typischerweise Biegemomente und Torsionsmomente. Mit anderen Worten, beim Umformen wird das Leiterstück gebogen und zusätzlich oder alternativ tordiert, um das Werkstück von der Ausgangsform in die Ist- Form zu überführen. The invention achieves the above object by a method for forming, in particular hairpin-like (so-called “hairpin” or plug-in coil), winding elements from conductor pieces according to the features of claim 1. Correspondingly, the method comprises: reshaping a conductor section into an actual shape using a reshaping device which, in particular by means of kinematic changes in position and position, exerts reshaping influences on the conductor section in order to reshape it. In other words, the conductor section is converted from an initial shape into an actual shape by the forming process. The forming process is carried out by means of the forming device. The shaping device exerts shaping influences on the conductor section. The corresponding deformation influences are typically bending moments and torsional moments. In other words, during reshaping, the conductor section is bent and additionally or alternatively twisted in order to convert the workpiece from the initial shape to the actual shape.
Erfassen der Ist-Form des Leiterstücks mittels einer Erfassungseinrichtung. Die Erfassungseinrichtung ermittelt die 3-dimensionale Erstreckung des umgeformten Leiterstücks, dessen dreidimensionale Form, die Ist-Form, die sich durch das Umformen ergibt. Typischerweise ist die Erfassungseinrichtung eine Einrichtung zum maschinellen Sehen, beispielsweise ein Linienscanner, eine stereoskopische Einrichtung oder eine andere Art 3D-Scan- Einrichtung. Detecting the actual shape of the conductor section by means of a detection device. The detection device determines the three-dimensional extension of the reshaped conductor section, its three-dimensional shape, the actual shape that results from the reshaping. The detection device is typically a device for machine vision, for example a line scanner, a stereoscopic device or some other type of 3D scanning device.
Ermitteln einer Abweichung zwischen der Ist-Form und einer gewünschten Soll-Form. Die erfasste bzw. gemessene Ist-Form wird mit einer vorab vorgegebenen gewünschten Form, der Soll-Form, verglichen. In diesem Vergleich wird überprüft ob zwischen Ist-Form und Soll-Form eine Abweichung vorliegt. Es wird also geprüft, ob der Umformvorgang das Leiterstück in die Soll-Form überführt hat, oder ob zwischen der durch den Umformvorgang resultierenden Form (Ist-Form) und der gewünschten Zielform (Soll-Form) eine Abweichung besteht. Determination of a deviation between the actual shape and a desired target shape. The recorded or measured actual shape is given a predetermined desired shape, the Target form, compared. This comparison checks whether there is a discrepancy between the actual shape and the target shape. It is therefore checked whether the forming process has converted the conductor section into the desired shape, or whether there is a discrepancy between the shape resulting from the forming process (actual shape) and the desired target shape (target shape).
Anpassen der beim Umformen verwendeten Umformeinflüsse basierend auf einer ggf. ermittelten Abweichung zwischen der Ist-Form und der Soll-Form. Wird bei dem oben genannten Vergleich eine Abweichung festgestellt, so werden die Umformeinflüsse angepasst, so dass die Abweichung möglichst kompensiert wird. Mit anderen Worten, es wird also ein Fehler in der erzielten Form (Abweichung Ist-Form zu Soll- Form) des Leitungsstücks ausgeglichen, indem die Umformeinflüsse auf das Leiterstück angepasst werden. Es werden beispielsweise die zur Umformung des Leiterstück angewendeten Biegemomente und Torsionsmomente angepasst. Dadurch wird der Umformvorgang immer genauer, wobei diese Prozessverbesserung automatisiert, erfolgt und außerdem Veränderungen in den Prozessbedingungen berücksichtigen kann. Es wird also nicht ein bestimmter Betriebszustand (bspw. bestimmte Biege- und Torsionsmomente) eingestellt und dieser dann immer wieder ohne Adaption durchgeführt, sondern die Prozessführung wird bei Abweichung stets in Richtung der gewünschten Zielform verbessert. Adaptation of the forming influences used during forming based on a possibly determined deviation between the actual shape and the target shape. If a discrepancy is found in the comparison mentioned above, the deformation influences are adjusted so that the discrepancy is compensated as far as possible. In other words, an error in the shape achieved (deviation of the actual shape from the target shape) of the line section is compensated for by adapting the deformation influences to the conductor section. For example, the bending moments and torsional moments used to reshape the conductor section are adapted. As a result, the forming process becomes more and more precise, with this process improvement being automated and also being able to take changes in the process conditions into account. A certain operating state (e.g. certain bending and torsional moments) is not set and this is then carried out again and again without adaptation, but the process control is always improved in the direction of the desired target shape in the event of a deviation.
Die Ist-Form kann als Vielzahl von Mess-Punkten oder Kurven erfasst werden, die die Kontur des Leiterstücks beschreiben. Entsprechend kann auch die Soll-Form in Form einer Punktemenge vorliegen, die die Kontur des Leiterstücks beschreibt. The actual shape can be recorded as a large number of measuring points or curves that define the contour of the conductor section describe. Correspondingly, the desired shape can also be in the form of a set of points that describes the contour of the conductor section.
Es kann vorgesehen sein, dass im Rahmen des Verfahrens rotationssymmetrische Leiterstücke umgeformt werden. Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen, dass das umzuformende Leiterstücke einen nicht rotationssymmetrischen Querschnitt (orthogonal zu seiner Längserstreckung) aufweist. It can be provided that rotationally symmetrical conductor pieces are reshaped within the scope of the method. According to the invention it is also provided that the conductor piece to be reshaped has a non-rotationally symmetrical cross section (orthogonal to its longitudinal extension).
Das Anpassen der Umformeinflüsse kann während dem Umformen eines Leiterstücks erfolgen und der weitere Umformvorgang kann mittels der angepassten Umformeinflüsse durchgeführt werden. So kann im laufenden Umformvorgang eine zu Beginn der Umformung erkannte Abweichung berücksichtigt werden und der restliche Umformvorgang kann entsprechend angepasst werden. Das resultierende umgeformte Leiterstück kann entweder (bspw. bei starken Abweichungen) als Ausschuss eingeordnet werden oder durch die Anpassung der Umformeinflüsse ein noch verwendbares Leiterstück darstellen. Selbst wenn das Leiterstück als Ausschuss einzuordnen ist, so bietet der erfindungsgemäße Prozess dennoch einen Vorteil gegenüber einer Anpassung, die erst bei der Formung des nächsten Leiterstücks erfolgt, da die Umformeinflüsse bereits zu Beginn des Umformvorgangs des nächsten Leiterstücks korrekt eingestellt sind, da beispielsweise mehrere Anpassungszyklen der Umformungseinflüsse während der Umformung eines einzelnen Leiterstücks durchgeführt werden konnten. Das Anpassen der Uniformeinflüsse kann jedoch auch erst im Anschluss an das Umformen eines ersten Leiterstücks erfolgen und ein Umformvorgang eines zweiten (späteren, jedoch nicht zwingend direkt nachfolgenden) Leiterstücks mittels der angepassten Umformeinflüsse durchgeführt werden. Hierdurch können beispielsweise ggf. unterschiedliche Abweichungen an unterschiedlichen Stellen der Form des Leiterstücks berücksichtigt werden und so eine ggf. genauere Anpassung der Umformeinflüsse vorgenommen werden. Es kann bspw. vorgesehen sein, dass das erste Leiterstück umgeformt wird, dann mittels der Erfassungseinrichtung "vermessen" wird (Erfassen der Ist- Form) und die Abweichung von der Soll-Form ermittelt wird, während bereits ein weiteres Leiterstück umgeformt wird. Wenn die Umformung des weiteren Leiterstücks mit den gleichen Umformeinflüssen wie beim ersten Leiterstück abgeschlossen ist, wird der Umformvorgang des zweiten Leiterstücks mit den angepassten Umformeinflüssen durchgeführt. Das Erfassen der Ist-Form sowie der Abgleich mit der Soll-Form, das Ermitteln der Abweichung, sowie die Anpassung die Umformeinflüsse erfolgt vorzugsweise innerhalb einer Zeitspanne, die geringer ist, als die Zeit, die zum Umformen eines Leiterstücks benötigt wird. The adaptation of the deformation influences can take place during the deformation of a conductor section and the further deformation process can be carried out by means of the adapted deformation influences. In this way, a deviation detected at the beginning of the forming process can be taken into account while the forming process is running and the rest of the forming process can be adjusted accordingly. The resulting deformed conductor section can either be classified as scrap (e.g. in the case of major deviations) or, by adapting the deformation influences, can represent a conductor section that can still be used. Even if the conductor section is to be classified as scrap, the process according to the invention still offers an advantage over an adaptation that only takes place when the next conductor section is formed, since the shaping influences are already set correctly at the beginning of the reshaping process of the next conductor section, since, for example, several adjustment cycles the deformation influences could be carried out during the deformation of a single conductor section. The adaptation of the uniform influences can, however, also only take place after the deformation of a first conductor section and a deformation process of a second (later, but not necessarily directly following) conductor section can be carried out by means of the adapted deformation influences. In this way, for example, different deviations at different points in the shape of the conductor section can be taken into account and the deformation influences can be adjusted more precisely. It can be provided, for example, that the first conductor section is reshaped, then "measured" by means of the detection device (acquisition of the actual shape) and the deviation from the target shape is determined while another conductor section is already being reshaped. When the deformation of the further conductor section is completed with the same deformation influences as in the case of the first conductor section, the deformation process of the second conductor section is carried out with the adapted deformation influences. The acquisition of the actual shape and the comparison with the target shape, the determination of the deviation and the adaptation of the deformation influences are preferably carried out within a period of time that is less than the time required to deform a conductor section.
Die (angepassten) Umformeinflüsse, die beim Umformen des Leiterstücks verwendeten werden, können basierend auf einem Model ermittelt werden, wobei das Model die Umformeinflüsse (bspw. ausgeübte Biege und Torsionsmomente) in Abhängigkeit von der Soll-Form (gewünschte Form) und von Eigenschaftsparametern (bspw. Biegesteifigkeit) des Leiterstücks vorgibt. Beispielsweise können hier Berechnungen anhand der elementaren Biegetheorie herangezogen werden. Dies hat den Vorteil, dass ein prädiktiver Ansatz verfolgt wird, der über eine bloße Reaktion in der Anpassung hinausgeht und Kenntnisse über das Verformungsverhalten des Leiterstücks berücksichtigt, sodass eine genauere und schnellere Anpassung erfolgen kann. The (adapted) deformation influences that are used when deforming the conductor section can be determined based on a model, whereby the model determines the deformation influences (e.g. exerted bending and torsional moments) depending on the target shape (desired shape) and property parameters ( e.g. bending stiffness) des Pretends ladder section. For example, calculations based on elementary bending theory can be used here. This has the advantage that a predictive approach is pursued which goes beyond a mere reaction in the adaptation and takes into account knowledge about the deformation behavior of the conductor section, so that a more precise and faster adaptation can take place.
Die Umformeinflüsse, die beim Umformen des Leiterstücks verwendeten werden, können auch basierend auf einer ermittelten Differenz zwischen Ist-Form und Soll-Form proportional zur ermittelten Differenz angepasst werden. The deformation influences that are used when deforming the conductor section can also be adapted proportionally to the determined difference based on a determined difference between the actual shape and the target shape.
Bei einer Abweichung zwischen Ist-Form und Soll-Form können die dem Model zugrundeliegenden Eigenschaftsparameter des Leiterstücks in einem Modelanpassungsschritt derart angepasst werden, dass das Model basierend auf den ausgeübten Umformeinflüssen (bekannt und damit fest vorgegeben) und den angepassten Eigenschaftsparametern (in diesem Schritt anpassbarer Parameter) die Ist-Form (bekannt und damit fest vorgegeben) vorgibt. In einem angepassten Umformschritt können für die weitere Umformung (Rest des Leiterstücks oder nächstes Leiterstück) die angepassten Umformeinflüsse (in diesem Schritt anpassbarer Parameter) basierend auf dem Model (Zusammenhang zwischen Ausgangsform, Umformeinflüssen, Eigenschaftsparametern und der Soll-Form) und den angepassten Eigenschaftsparametern (bekannt und damit fest vorgegeben) sowie der Soll-Form (bekannt und damit fest vorgegeben) vorgegeben werden. Initialwerte für die in dem Model verwendeten Eigenschaftsparameter können dadurch ermittelt werden, dass unter Verwendung der Umformeinrichtung ein Testumformvorgang mit vorgegebenen Testumformeinflüssen an einem Testleiterstück, das gleiche Eigenschaftsparameter wie die später umzuformenden Leiterstücke aufweist, durchgeführt wird. Typischerweise sind die Testumformeinflüsse dabei weniger komplex als die zur Herstellung eines Hairpins real verwendetenIn the event of a discrepancy between the actual shape and the target shape, the property parameters of the conductor section on which the model is based can be adjusted in a model adjustment step in such a way that the model is based on the deformation influences exerted (known and therefore fixed) and the adjusted property parameters (more adaptable in this step Parameter) specifies the actual form (known and therefore fixed). In an adapted forming step, the adapted forming influences (parameters that can be adjusted in this step) can be used for further deformation (remainder of the conductor section or the next conductor section) based on the model (relationship between initial shape, deformation influences, property parameters and the target shape) and the adapted property parameters ( known and thus firmly specified) and the target shape (known and thus firmly specified). Initial values for the property parameters used in the model can be determined by using the reshaping device to carry out a test reshaping process with predetermined test reshaping influences on a test conductor piece that has the same property parameters as the conductor pieces to be reshaped later. The test forming influences are typically less complex than those actually used to manufacture a hairpin
Umformeinflüsse. Initialwerte können auch durch Zug- und/oder Biegeversuche in einer gesonderten Testvorrichtung ermittelt werden. Beispielsweise kann ein Testleiterstück einer einfachen Biegung um einen bestimmten Winkel unterzogen werden. Beispielsweise kann ein Testleiterstück auch einer Torsion um einen bestimmten Winkel unterzogen werden. Anhand der resultierenden Verformung des Testleiterstücks können dann entsprechend Initialwerte für die Eigenschaftsparameter abgeleitet werden. Die resultierende Ist-Form (im Anschluss an den Testumformvorgang) des Testleiterstücks wird erfasst und basierend auf der Ist-Form des Testleiterstücks und den verwendeten Testumformeinflüssen werden Initialwerte für die Eigenschaftsparameter ermittelt und dem Model zur Ermittlung der Umformeinflüsse als ein Ausgangspunkt zugrunde gelegt. Die Uniformeinrichtung kann eine Freiformbiegeeinrichtung sein, die Leiterstücke in dreidimensionaler Art und Weise beliebig verformen kann. Forming influences. Initial values can also be determined by tensile and / or bending tests in a separate test device. For example, a test lead piece can be subjected to a simple bend through a certain angle. For example, a test lead piece can also be subjected to a torsion through a specific angle. Based on the resulting deformation of the test lead piece, initial values for the property parameters can then be derived accordingly. The resulting actual shape (following the test forming process) of the test lead piece is recorded and based on the actual shape of the test lead piece and the test forming influences used, initial values for the property parameters are determined and the model used as a starting point for determining the forming influences. The uniform device can be a free-form bending device which can deform conductor pieces in any three-dimensional manner.
Das Umformen des Leiterstücks kann insbesondere umfassen:The reshaping of the conductor section can in particular include:
- Durchführen des Leiterstücks in einer Transportrichtung, die der Längsrichtung des Leiterstücks entspricht, durch eine Führung, wobei die Führung eine Auslassöffnung aufweist, deren Öffnungsränder beim Durchtritt des Leiterstücks die Außenseite des Leiterstücks von zwei senkrecht zueinanderstehenden Richtungen her beidseitig kontaktieren; - Passing the conductor section through a guide in a transport direction which corresponds to the longitudinal direction of the conductor section, the guide having an outlet opening, the opening edges of which contact the outside of the conductor section on both sides when the conductor section passes through, from two mutually perpendicular directions;
- Durchführen des aus der Führung austretenden Leiterstücks durch eine auf die Auslassöffnung folgende Umformeinheit, die eine Umformöffnung umfasst, an deren Rand mehrere Umformabschnitte angeordnet sind, wobei die Umformabschnitte die Außenseite des Leiterstücks von zwei senkrecht zueinanderstehenden Richtungen her beidseitig kontaktieren; und The conductor section emerging from the guide is passed through a reshaping unit that follows the outlet opening and comprises a reshaping opening, at the edge of which several reshaping sections are arranged, the reshaping sections contacting the outside of the conductor section on both sides from two mutually perpendicular directions; and
- Umformen des Leiterstücks durch Bewegen des Leiters durch die Umformöffnung hindurch bei gleichzeitigem Verändern der Orientierung der Umformabschnitte relativ zu den Öffnungsrändern der Führung, wobei die Umformabschnitte 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 werden, deren Normalenvektor die Schwenkachse ist, wobei bei der Änderung der Orientierung der Uniformabschnitte relativ zu den Öffnungsrändern der Führung während des Umformens der Umformabschnitt an einer Innenseite eines am Leiter auszubildenden Bogens in seiner Relativposition gegenüber den Öffnungsrändern unverändert bleibt. Mit anderen Worten, es ist vorgesehen, dass bei dieser Art der Verfahrensführung der Umformabschnitt, der an der Innenseite einer zu bildenden Biegung angeordnet ist, gegenüber der Führung nicht bewegt wird. Die Biegung erfolgt also durch eine Bewegung des dem unbewegten Umformabschnitt gegenüberliegenden Umformabschnitts. Reshaping of the conductor section 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 reshaping sections being pivoted in the course of the reshaping process relative to the opening edges about at least one pivot axis which runs orthogonally to the transport direction and be moved translationally along at least one plane, the normal vector of which is the pivot axis, with the change the orientation of the uniform sections relative to the opening edges of the guide remains unchanged in its relative position with respect to the opening edges during the reshaping of the reshaping section on an inside of an arc to be formed on the conductor. In other words, it is provided that in this type of process control the deforming section, which is arranged on the inside of a bend to be formed, is not moved relative to the guide. The bending thus takes place through a movement of the deforming section opposite the unmoved deformation section.
Hierdurch kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens eine besonders spannungsfreie Umformung, die besonders bei isolierten Leiterstücken erforderlich ist, durchgeführt werden. Des Weiteren lassen sich hierdurch besonders enge Krümmungsradien und dadurch besonders komplexe Geometrien realisieren. 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 Leiterstücks von den zwei senkrecht zueinanderstehenden Richtungen her in der Auslassöffnung und der Umformöffnung zwangsgeführt ist. Durch die Änderung der Ausrichtung der Umformöffnung zur Auslassöffnung durch das Verschwenken während des Umformens wird der Leiter zwangsweise gebogen und/oder tordiert. In this way, by means of the method according to the invention, a particularly stress-free reshaping, which is particularly necessary in the case of insulated conductor pieces, can be carried out. In addition, particularly narrow radii of curvature and, as a result, particularly complex geometries can be implemented as a result. As already explained above, the conductor passes through both the outlet opening and the forming opening in a precisely predetermined orientation, since it is forcibly guided in the outlet opening and the forming opening from the two mutually perpendicular directions due to the respective bilateral contacting of the conductor section. By changing the alignment of the forming opening to the outlet opening by pivoting during the forming process, the conductor is forcibly bent and / or twisted.
Mittels der Umformeinrichtung wird das Leiterstück in die gewünschte Form gebracht wird, wozu die Umformabschnitte bzw. die Umformeinrichtung insgesamt verschwenkt werden. Um ein Klemmen des Leiterstücks in der Umformeinrichtung und damit unerwünschte Fehlformungen oder Beschädigungen des Leiterstücks 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 erfolgt einerseits ein Verschwenken bzw. eine Rotation zur Umformung des Leiterstücks 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 ist eine derartige translatorische Kompensation nicht nötig. By means of the shaping device, the conductor piece is brought into the desired shape, for which purpose the shaping sections or the shaping device are pivoted as a whole. Around To avoid jamming of the conductor section in the forming device and thus undesired malformations or damage to the conductor section, if the forming device is pivoted about the pivot axes oriented orthogonally to the transport direction, the forming device or its forming sections are moved simultaneously with the pivoting in a plane whose normal vector is the Is the swivel axis (compensation of the swivel movement). In other words, on the one hand there is a pivoting or rotation to deform the conductor section and, on the other hand, a translational movement to compensate for the offset arising in the pivot plane as a result of the pivoting movement (offset of the deformation opening in relation to the outlet opening of the guide). Such a translational compensation is not necessary when pivoting about the transport direction.
Durch das Beibehalten der Position des inneren Umformabschnitts wird der Umformvorgang des Leiterstücks begünstigt, da - in Transportrichtung gesehen - derBy maintaining the position of the inner deformation section, the deformation process of the conductor section is promoted, since - seen in the transport direction - the
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 ist gering. Zunächst erfolgt also 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 zueinanderstehenden Richtungen her beidseitig (mit anderen Worten von vier Seiten her) kontaktieren. Durch die beidseitige Kontaktierung des Leiters von den zwei senkrecht zueinanderstehenden 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 . Opening cross-section of the deformation opening is changed predominantly or completely on the side facing away from the deformation ("curve outside"). The "hole offset" resulting from the pivoting movement is thus largely or completely compensated for. As a result, the forces generated during the forming process are comparatively low. The tendency of the forming device to become jammed is also low. First, the conductor is passed through a guide, the guide having an outlet opening, the opening edges of which contact the outside of the conductor from two mutually perpendicular directions on both sides (in other words from four sides) when the conductor passes through. Due to the two-sided contacting of the conductor from the two mutually perpendicular directions, the conductor is more or less positively guided in the outlet opening. In other words, it passes through the outlet opening in an orientation precisely predetermined by the contact.
Eine entsprechende Zwangsführung liegt in der Umformöffnung durch die beidseitige Kontaktierung des Leiterstücks von den zwei senkrecht zueinanderstehenden Richtungen her vor. Mit anderen Worten, er durchtritt die Umformöffnung also in einer durch die Kontaktierung genau vorgegebenen Orientierung . A corresponding forced guidance is present in the deformation opening due to the two-sided contacting of the conductor section from the two mutually perpendicular directions. In other words, it passes through the deformation opening in an orientation precisely predetermined by the contact.
Umformen erfolgt durch Bewegen des Leiterstücks 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 überlagerte Translation kann ein Ausgleich für den Lochversatz geschaffen werden und die Position der Umformöffnung bzw. deren Uniformabschnitt an der Innenseite einer Krümmung kann gegenüber der Führung bzw. deren Öffnungsrändern konstant gehalten werden. Reshaping takes place by moving the conductor section 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 forming device as a whole) are pivoted in the course of the forming process relative to the opening edges about at least one pivot axis that runs orthogonally to the transport direction and moved translationally along at least one plane whose normal vector is the Pivot axis is. The superimposed translation can compensate for the hole offset and the position of the forming opening or its uniform section on the inside of a curvature can be kept constant with respect to the guide or its opening edges.
Wie bereits oben erläutert, durchtritt das Leiterstück sowohl die Auslassöffnung als auch die Umformöffnung in einer genau vorgegebenen Orientierung, da es durch die jeweilige beidseitige Kontaktierung des Leiterstücks von den zwei senkrecht zueinanderstehenden Richtungen her in der Auslassöffnung und der Umformöffnung zwangsgeführt ist. As already explained above, the conductor piece passes through both the outlet opening and the forming opening in a precisely predetermined orientation, since it is forcibly guided in the outlet opening and the forming opening from the two mutually perpendicular directions due to the respective bilateral contacting of the conductor piece.
Erfindungsgemäß ist auch eine Vorrichtung zum Formen von, insbesondere haarnadelartigen, Wicklungselementen aus einem Leiterstück, umfassend: eine Führung, wobei die Führung eine Auslassöffnung aufweist, deren Öffnungsränder ausgebildet und angeordnet sind, um das Leiterstück beim Durchtritt durch dieAccording to the invention, there is also a device for forming, in particular hairpin-like, winding elements from a conductor piece, comprising: a guide, the guide having an outlet opening, the opening edges of which are designed and arranged to allow the conductor piece to pass through the
Auslassöffnung von zwei senkrecht zueinanderstehenden Richtungen her beidseitig an seiner Außenseite zu kontaktieren; eine Umformeinheit, die auf die Auslassöffnung folgend angeordnet ist und eine Umformöffnung umfasst, an deren Rand mehrere Umformabschnitte angeordnet sind, wobei die Umformabschnitte ausgebildet und angeordnet sind, um das Leiterstück beim Durchtritt durch die Umformöffnung von zwei senkrecht zueinanderstehenden Richtungen her beidseitig an seiner Außenseite zu kontaktieren; wobei die Vorrichtung mindestens eine erste Schwenkeinrichtung und mindestens eine erste Ausgleichseinrichtung aufweist, die derart mit der Umformeinheit Zusammenwirken, dass die Umformabschnitte relativ zu den Öffnungsrändern um mindestens eine erste Schwenkachse, die orthogonal zur Transportrichtung verläuft, verschwenkbar und entlang mindestens einer Ebene translatorisch bewegbar sind, deren Normalenvektor die Schwenkachse ist, wobei die Vorrichtung insbesondere eine zweite Schwenkeinrichtung und eine zweite Ausgleichseinrichtung (gleicht den beim Verschwenken entstehenden Versatz aus) aufweist, die derart mit der Umformeinheit Zusammenwirken, dass die Umformabschnitte relativ zu den Öffnungsrändern um eine zweite Schwenkachse, die orthogonal zur Transportrichtung verläuft und zur ersten Schwenkachse verschieden ist, insbesondere orthogonal zu dieser verläuft, verschwenkbar und entlang mindestens einer Ebene translatorisch bewegbar sind, deren Normalenvektor die zweite Schwenkachse ist und wobei die Vorrichtung weiter eine Schwenkeinrichtung aufweist, die derart mit der Umformeinheit zusammenwirkt, dass die Umformabschnitte relativ zu den Öffnungsrändern um mindestens eine Schwenkachse, die der Transportrichtung entspricht, verschwenkbar sind, wobei die Vorrichtung weiter eine Erfassungseinrichtung umfasst, die derart angeordnet und ausgebildet ist, dass sie eine durch den Uniformvorgang resultierende Ist-Form des Leiterstücks mittels maschinellem Sehen erfasst, wenn das Leiterstück die Umformeinheit passiert hat. To contact the outlet opening from two mutually perpendicular directions on both sides of its outer side; a deformation unit which is arranged following the outlet opening and comprises a deformation opening, at the edge of which a plurality of deformation sections are arranged, the deformation sections being designed and arranged to surround the conductor piece as it passes through the deformation opening to contact two directions perpendicular to one another on both sides on its outside; wherein the device has at least one first pivoting device and at least one first compensating device, which cooperate with the forming unit in such a way that the forming sections can be pivoted relative to the opening edges about at least one first pivot axis that runs orthogonally to the transport direction and can be moved translationally along at least one plane, whose normal vector is the swivel axis, the device in particular having a second swivel device and a second compensation device (compensates for the offset occurring during swiveling), which interact with the forming unit in such a way that the deforming sections relative to the opening edges about a second pivot axis, which is orthogonal to the The transport direction runs and is different from the first pivot axis, in particular runs orthogonally to this, pivotable and translationally movable along at least one plane, the normal vector of which is the second pivot axis and wherein the device further comprises a pivoting device which cooperates with the forming unit in such a way that the forming sections can be pivoted relative to the opening edges about at least one pivot axis which corresponds to the transport direction, the device further comprising a detection device which is arranged and designed in this way is that she is a The actual shape of the conductor section resulting from the uniform process is detected by means of machine vision when the conductor section has passed the forming unit.
Die Vorrichtung kann eine Kontrolleinrichtung umfassen, die ausgebildet und eingerichtet ist, um die mittels der Umformeinheit auf die Leiterstücke ausgeübten Umformeinflüsse (Verschwenk- und Ausgleichsbewegungen) vorzugeben, wobei die Kontrolleinrichtung weiter ausgebildet und eingerichtet ist, um ein Verfahren gemäß den vorliegend und nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen durchzuführen. The device can comprise a control device which is designed and set up to specify the shaping influences (pivoting and compensating movements) exerted on the conductor pieces by means of the shaping unit, the control device being further designed and set up to carry out a method according to the embodiments described here and below perform.
Die Erfassungseinrichtung kann eingerichtet und angeordnet sein, um die Ist-Form eines umgeformten Leiterstücks zu erfassen, wenn dieses aus den Umformabschnitten der Umformeinheit austritt bzw. während des Austretens aus den Umformabschnitten der Umformeinheit. Eine derartige Erfassungseinrichtung kann eine Anpassung der Umformeinflüsse während der Umformung eines Leiterstücks ermöglichen . The detection device can be set up and arranged to detect the actual shape of a reshaped conductor section when it emerges from the reshaped sections of the reshaping unit or while it emerges from the reshaped sections of the reshaping unit. Such a detection device can make it possible to adapt the deformation influences during the deformation of a conductor section.
Die Erfassungseinrichtung kann eingerichtet und angeordnet sein, um die Ist-Form eines umgeformten Leiterstücks zu erfassen, nachdem der Umformvorgang des Leiterstücks abgeschlossen ist. The detection device can be set up and arranged to detect the actual shape of a deformed conductor section after the deformation process of the conductor section has been completed.
Vorzugsweise wird dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Soll-Form zugrunde gelegt, die eine 3-dimensionale Erstreckung aufweist. Vorzugsweise umfasst die Soll-Form wenigstens bereichsweise Biegeradien, die sich kontinuierlich entlang des Verlaufs des Leiterstücks ändern. The method according to the invention is preferably based on a desired shape which has a 3-dimensional extension. The target shape preferably comprises at least in some areas bending radii that change continuously along the course of the conductor section.
Insbesondere berücksichtigt das erfindungsgemäße Verfahren im Rahmen des Models Rückfederungseigenschaften der Leiterstücke . In particular, the method according to the invention takes into account the springback properties of the conductor pieces within the framework of the model.
Der Umformprozess der Leiterstücke erfolgt insbesondere durch eine sich, insbesondere kontinuierlich, ändernde Relativposition zweier Öffnungen zueinander, die dieThe shaping process of the conductor pieces takes place in particular through a, in particular continuously, changing relative position of two openings to one another, which the
Leiterstücke zwangsführen, und durch die die Leiterstücke hindurchbewegt, insbesondere hindurchgeschoben, werden. Forcibly guide conductor pieces and through which the conductor pieces are moved, in particular pushed through.
Die Leiterstücke sind vorzugsweise aus einem mit isolationsmaterial ummantelten Vollmaterial gebildet. The conductor pieces are preferably formed from a solid material sheathed with insulation material.
Vorzugsweise weisen die Leiterstücke einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt, insbesondere mit abgerundeten Ecken, auf. Insbesondere handelt es sich bei dem im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Umformvorgang um einen kinematischen Biegeprozess mit sich ändernden Biegeradien. Die Soll-Form ist insbesondere eine dreidimensionale Form, also eine Form, die nicht innerhalb einer Ebene verläuft. Im Umformvorgang werden insbesondere nicht konstante Freiformbiegeradien verwendet. Der Umformvorgang läuft insbesondere nicht in einer konstanten Biegeebene ab. 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: The conductor pieces preferably have an essentially rectangular cross section, in particular with rounded corners. In particular, the forming process used within the scope of the method according to the invention is a kinematic bending process with changing bending radii. The desired shape is, in particular, a three-dimensional shape, that is to say a shape that does not run within a plane. In particular, non-constant free-form bending radii are used in the forming process. In particular, the forming process does not take place in a constant bending plane. The invention is described in more detail below with reference to the figures, where the same or functionally identical elements are provided with reference symbols only once if necessary. Show it:
Fig.l eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum Formen eines haarnadelförmigen Wicklungselements aus einem Leiterstück in einer perspektivischen Vorderansicht; Fig.l shows an embodiment of a device for forming a hairpin-shaped winding element from a conductor section in a perspective front view;
Fig.2 die Vorrichtung aus Figur 1 in einer perspektivischen Rückansicht; FIG. 2 shows the device from FIG. 1 in a perspective rear view;
Fig.3 die Vorrichtung aus Figur 1 in einer teilweisen und vergrößerten Vorderansicht; 3 shows the device from FIG. 1 in a partial and enlarged front view;
Fig.4a-c eine Ausführungsform einer Umformeinrichtung der Vorrichtung aus Figur 1 in mehreren Ansichten; 4a-c show an embodiment of a shaping device of the device from FIG. 1 in several views;
Fig.5a-c eine Ausführungsform einer Umformeinrichtung der Vorrichtung aus Figur 1 in mehreren Ansichten; 5a-c show an embodiment of a shaping device of the device from FIG. 1 in several views;
Fig.6a-c eine Ausführungsform einer Umformeinrichtung der Vorrichtung aus Figur 1 in mehreren Ansichten; 6a-c show an embodiment of a shaping device of the device from FIG. 1 in several views;
Fig.7 eine Veränderung der Orientierung der7 shows a change in the orientation of the
Umformabschnitte relativ zu den Öffnungsrändern der Führung in einer schematischen Darstellung; Deforming sections relative to the opening edges of the guide in a schematic representation;
Fig.8 einen Hairpin; Fig.9 einen möglichen Ablauf des erfindungsgemäßen8 shows a hairpin; 9 shows a possible sequence of the invention
Verfahrens; Procedure;
Fig.10 einen möglichen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens; 10 shows a possible sequence of the method according to the invention;
Fig.ll ein Modell zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren, wobei Umformeinflüsse ermittelt werden; und FIG. 11 shows a model for carrying out the method according to the invention, with deformation influences being determined; and
Fig.12 das Modell zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren, wobei angepasste Eigenschaftsparameter ermittelt werden. FIG. 12 shows the model for carrying out the method according to the invention, with adapted property parameters being determined.
Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 10, die eine Umformeinrichtung darstellt, zum Formen eines bspw. haarnadelförmigen Wicklungselements ("Hairpin") aus einem Leiterstück 12. Das Leiterstück 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 vorliegend mit einem als Tragestruktur dienenden Rahmen 14 gekoppelt oder an diesem befestigt. FIG. 1 shows a device 10, which represents a shaping device, for forming, for example, a hairpin-shaped winding element ("hairpin") from a conductor section 12. The conductor section 12 is elongated along a longitudinal direction (X direction) and has a lengthwise direction Outside 13 extending in the longitudinal direction. In the present case, the components of the device 10 are coupled to or attached to a frame 14 serving as a support structure.
Die Vorrichtung 10 weist eine (in Figur 1 teilweise verdeckte) Führung 16 sowie eine Umformeinheit 18 auf, durch die das Leiterstück 12 geführt wird. Die Umformeinheit 18 kann mittels mehrerer Schwenkeinrichtungen und mehrerer Ausgleichseinrichtungen relativ zur Führung 16 bewegt werden, wodurch sich das durch die Führung 16 und die Umformeinheit 18 geführte Leiterstück 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 Leiterstücks 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). The device 10 has a guide 16 (partially covered in FIG. 1) and a shaping unit 18 through which the conductor section 12 is guided. The forming unit 18 can be moved relative to the guide 16 by means of a plurality of pivoting devices and a plurality of compensating devices, as a result of which the conductor section 12 guided through the guide 16 and the forming unit 18 becomes, for example, a. can reshape hairpin-shaped winding element. This is explained in detail below, reference being made to the spatial axes drawn in FIG. 1 (X-axis, Y-axis and Z-axis). The X-axis extends along the longitudinal direction of the conductor section 12, the Y-axis extends orthogonally upwards (in FIG. 1 vertically upwards) and the Z-axis extends orthogonally to the XY-plane (in FIG. 1 obliquely to the left below).
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 das Leiterstück 12 beim Durchtritt durch die Auslassöffnung 20 von zwei senkrecht zueinanderstehenden Richtungen her beidseitig (von vier Seiten her) zu kontaktieren (in Figur 7 nur angedeutet). As already indicated, the device 10 has a guide 16 (partially covered in FIG. 1) which has an outlet opening 20 (see FIG. 7). The opening edges 22 of the outlet opening 20 are designed and arranged in order to contact the conductor piece 12 on both sides (from four sides) as it passes through the outlet opening 20 from two directions perpendicular to one another (only indicated in FIG. 7).
Wie ebenfalls zuvor angedeutet, weist die Vorrichtung 10 eine Umformeinheit 18 auf, die in Transportrichtung des Leiterstücks 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 das Leiterstück 12 beim Durchtritt durch die Umformöffnung 24 von zwei senkrecht zueinanderstehenden 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. As also indicated above, the device 10 has a forming unit 18 which is arranged directly following the outlet opening 20 in the transport direction of the conductor section 12 (X-axis) and comprises a forming opening 24. On the edge or the edges of the deformation opening 24 are arranged four deforming sections 26, which are designed and arranged to surround the conductor section 12 as it passes through the deformation opening 24 from two mutually perpendicular directions on both sides, i.e. from four sides, on its outer side 13 to contact. The four deformation sections 26 are designed and arranged in such a way that the deformation opening 24 is largely rectangular.
Die Vorrichtung 10 weist mindestens eine Schwenkeinrichtung und mindestens eine Ausgleicheinrichtung auf, die derart mit der Umformeinheit 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) . The device 10 has at least one pivoting device and at least one compensating device, which interact with the forming unit 18 in such a way that the 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 Figure 7).
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. In the exemplary embodiment, the device 10 has a first pivot device 32, a second pivot device 34, a third pivot device 36, a first compensation device 38 and a second compensation device 40.
Die erste Schwenkeinrichtung 32 weist eine erste, innere Aufhängung 42 auf, an der die Umformeinheit 18 befestigt, bspw. verschraubt ist. Die innere Aufhängung 42 ist um eine sich entlang der Transportrichtung des Leiterstücks 12 erstreckende erste Schwenkachse (X-Achse) schwenkbar gelagert und mittels einer ersten Antriebseinrichtung 44 verschwenkbar. Hiermit kann das Leiterstück 12 um die Transportrichtung (X-Achse) herum umgeformt werden (Torsion des Leiterstücks 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 . The first pivoting device 32 has a first, inner suspension 42, to which the forming unit 18 is fastened, for example screwed. The inner suspension 42 is mounted pivotably about a first pivot axis (X-axis) extending along the transport direction of the ladder section 12 and is pivotable by means of a first drive device 44. With this, the conductor section 12 can be reshaped around the transport direction (X-axis) (torsion of the conductor section 12 around the X-axis). Since there is no offset here (central longitudinal axes of outlet opening 20 and deformation opening 24 are congruent or both lie on the X axis), is on the first Pivoting device 32 no compensating device required.
Die innere Aufhängung 42 (Hauptscheibe 42) ist scheibenförmig ausgebildet und weist eine Aussparung 43 auf, die zur Seite hin offen ist (Kreisringabschnitt). The inner suspension 42 (main disk 42) is disk-shaped and has a recess 43 which is open to the side (circular ring section).
Durch die Aussparung 43 wird Raum für die Umformung des Leiterstücks 12 geschaffen (bspw. bei Biegungen um 180°).The recess 43 creates space for the deformation of the conductor section 12 (for example in the case of bends through 180 °).
An der inneren Aufhängung 42 sind Befestigungsabschnitte 46 für die Umformeinheit 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. Fastening sections 46 for the forming unit 18 are formed on the inner suspension 42 and have bores or passages with internal threads for screw fastening as fastening points (without reference symbols). The inner suspension 42 is pivotably held by several bearings 48, which are offset by 120 °, for example, in relation to the transport direction (X-axis). These bearings 48 are attached to the central suspension 50 as described below.
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 Leiterstücks in einer Ebene möglich ("2D- Umformung", d.h. Umformung zu einem flachen Hairpin). The inner suspension 42 has on its outer circumference a radially projecting collar 52 which corresponds to a groove 54 formed in each of the bearings 48. The first drive device 44 can have a motor, for example a (brushless) electric motor, which can drive the inner suspension 42 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 transmission. The motor shaft of the drive device 44 and the pivot 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) that is orthogonal to the transport direction (X-axis) and is pivotable by means of a second drive device 56 (pivoting movement about the Y -Axis). This enables the conductor section to be reshaped in one plane ("2D reshaping", ie reshaping into a flat hairpin).
An der mittleren Aufhängung 50 sind die innere Aufhängung 42 und die daran befestigte Umformeinheit 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 Leiterstücks 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. The inner suspension 42 and the forming unit 18 attached to it are mounted on the central suspension 50. The middle suspension 50 (second disk 50) is disk-shaped and has a recess 58 (flat circular ring section). The recess 58 creates space for the deformation of the conductor section 12. The bearings 48 are each fastened to the central suspension 50 by means of a screw connection. The first drive device 44 for the inner suspension 42 is also attached to the middle disk 50, for example by means of screw connections.
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. The pivoting movement (rotation) of the central suspension 50 is predetermined directly by the motor shaft (without reference symbols) of the second drive device 56. The second drive device 56 has a motor, for example a (brushless) electric motor, the second pivot axis (Y-axis) and the central longitudinal axis of the motor shaft being congruent. The second drive device 56 is attached to an outer suspension 60, as described below. A fixation of the middle The suspension 50 on the outer suspension 60 takes place by means of bearing units 62, which enable a pivoting movement about the second pivot axis (Y-axis). The bearing units 62 have a plurality of fastening sections 64, bolts 66 and roller bearings (not shown).
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 Leiterstücks 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 Leiterstücks 12 zu einem Wicklungselement möglich ( "3D-Umformung"). The third pivoting device 36 has a third, outer suspension 60, which is pivotably mounted about a third (here vertical) pivoting axis (Z-axis) that is orthogonal to the transport direction and is pivotable by means of a third drive device 68 (pivoting movement about the Z-axis). This enables the conductor section 12 to be deformed in a further plane (“2D deformation”), for example a plane that is vertical with respect to the frame 14 of the device 10 (X-Y plane). Together with the second pivoting device 34, a three-dimensional deformation of the conductor section 12 into a winding element is thus possible (“3-D deformation”).
An der äußeren Aufhängung 60 sind die mittlere Aufhängung 50 und die innere Aufhängung 42 mit der daran befestigten Umformeinheit 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. On the outer suspension 60, the middle suspension 50 and the inner suspension 42 with the forming unit 18 attached thereto are mounted. The outer suspension 60 is designed as a circular ring section and has a C-shaped cross section. The bearing units 62 and the second drive device 56 for the central suspension 50 are fastened to the outer suspension 60.
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. The pivoting movement (rotation) of the outer suspension 60 is specified directly by the motor shaft (without reference symbols) of the third drive device 68. The third Drive device 68 has a motor, for example a (brushless) electric motor, the third pivot axis (Z-axis) and the central longitudinal axis of the motor shaft of the third drive device 68 being congruent. The third drive device 68 is fastened to the frame 14 by means of the first compensation device 38 and / or the second compensation device 40, as described further below.
Die Umformeinheit 18 ist als auswechselbare Werkzeugeinheit ausgebildet (siehe Figuren 4 bis 6). Hiermit kann die passende Umformeinheit 18 ausgewählt und an die Umformung angepasst werden. The forming unit 18 is designed as an exchangeable tool unit (see FIGS. 4 to 6). In this way, the suitable forming unit 18 can be selected and adapted to the forming.
Die Umformeinheit 18 weist eine plattenförmige Haltestruktur 70 (Grundplatte 70) mit Bohrungen/Durchgängen zur Befestigung an der inneren Aufhängung 42 auf. Die Umformeinheit 18 weist zwei Justiereinrichtungen 72, 74 zur Feineinstellung der Umformeinheit 18 in der Ebene der Grundplatte 70 auf. Hierzu weist die Umformeinheit 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 Uniformabschnitte 26 der Umformeinheit 18 sind jeweils durch einen Stift 82 oder durch eine Rolle 84 gebildet, die optional mittels eines Wälzlagers 86 an der Umformeinheit 18 gelagert sein können. Auf Grund der rechteckigenThe forming unit 18 has a plate-shaped holding structure 70 (base plate 70) with bores / passages for attachment to the inner suspension 42. The shaping unit 18 has two adjusting devices 72, 74 for fine adjustment of the shaping unit 18 in the plane of the base plate 70. For this purpose, the shaping unit 18 has stops 76, 78 which can be adjusted relative to the base plate 18. The stop 76, 78 can each be adjusted and fixed relative to the base plate 70 by means of a fixing screw 80. Bores or passages with threads for fastening to the inner suspension 42 can be formed in the stop 76, 78 (without reference symbols). The device 10 can have several different shaping devices 18 or tool units, for example a set of different shaping devices 18 can be held with the device 10. The uniform sections 26 of the forming unit 18 are each formed by a pin 82 or by a roller 84, which can optionally be mounted on the forming unit 18 by means of a roller bearing 86. Due to the rectangular
Querschnittsform des Leiterstücks 12 sind jeweils vier Umformabschnitte 26 vorgesehen. In the cross-sectional shape of the conductor piece 12, four deforming sections 26 are provided in each case.
Zur Bereitstellung einer konstruktiv einfachen Umformeinheit 18 können die Stifte 82 (ohne Wälzlager) an oder in der Grundplatte 70 befestigt werden (siehe Figur 5). Wird der Leiterstück 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 anTo provide a structurally simple forming unit 18, the pins 82 (without roller bearings) can be attached to or in the base plate 70 (see FIG. 5). If the conductor section 12 is passed through the deformation opening 24, the pins 82 do not rotate or only rotate slightly. Structurally higher-quality solutions can be achieved through designs with roller bearings. The pins 82 can be mounted on or in the base plate 70 by means of roller bearings 86 (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 attached by means of screws 88
Lagerböcken 90 befestigt werden, die an der Grundplatte 70 befestigt sind. Bearing blocks 90 are attached, which are attached to the base plate 70.
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 zweitenAs already indicated, the device 10 has a frame 14 as a support structure, the third pivoting device 36 by means of the first compensating device 38 and the second
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 Umformeinheit 18 entlang der Schwenkachse der dritten Schwenkeinrichtung (Z-Achse) bewegbar ist. Dadurch kann der bezogen auf das Leiterstück 12 seitliche Versatz (Versatz in Z-Richtung) als Effekt der Schwenkbewegung um die Y- Achse kompensiert werden. Compensation device 40 is coupled to frame 14. The first compensation device 38 has a first slide 92 which can be moved along a horizontal direction with respect to the frame 14 and which can be driven by means of a fourth drive device 94 so that the forming unit 18 can be moved along the pivot axis of the third pivot device (Z-axis). As a result, the lateral offset in relation to the conductor section 12 (offset in the Z direction) can be compensated as an effect of the pivoting movement about the Y axis.
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. The first slide 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 slide 92 can be moved along the linear guides 96 by the fourth drive device 94. The fourth drive device 96 can have a motor, for example a (brushless) electric motor, and can be fixed on the frame 14. A spindle 98 (ball screw 98) is coupled to the motor shaft and cooperates with a nut (spindle nut; not shown) attached to the first slide 92. The motor shaft of the fourth drive device 96 is coupled to the spindle 98 by means of a metal bellows coupling 100.
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 Umformeinheit 18 entlang einer zur Schwenkachse der dritten Schwenkeinrichtung 36 (Z-Achse) orthogonalen Achse bewegbar ist (Y-Achse). Dadurch kann der bezogen auf das Leiterstück 12 vertikale Versatz (Versatz in Y-Richtung) als Effekt der Schwenkbewegung um die Z-Achse kompensiert werden. The second compensation device 40 has a second slide 102 which can be moved along a vertical direction relative to the frame 14 and which can be driven by means of a fifth drive device 104 so that the Forming unit 18 can be moved along an axis (Y axis) which is orthogonal to the pivot axis of the third pivot device 36 (Z axis). As a result, the vertical offset (offset in the Y direction) in relation to the conductor section 12 as an effect of the pivoting movement about the Z axis can be compensated.
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. The second slide 102 is coupled to the frame 14 by means of two linear guides 106 (for example with a cage ball). The second slide 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 a (brushless) electric motor, and is fixed on the frame 14. A spindle 108 (ball screw spindle 108) is coupled to the motor shaft of the fifth drive device 104 and cooperates with a nut (spindle nut; not shown) attached to the second slide 102. The motor shaft is coupled to the spindle 108 by means of a metal bellows coupling 110.
Umformeinrichtung 10 umfasst weiter eine Erfassungseinrichtung 200 bzw. mehrereForming device 10 further comprises a detection device 200 or several
Erfassungseinrichtungen 200, die derart angeordnet und ausgebildet ist, dass sie eine durch den Umformvorgang resultierende Ist-Form des Leiterstücks 12 mittels maschinellem Sehen erfasst, wenn das Leiterstück 12 die Umformeinheit 18 passiert hat. Die Erfassungseinrichtung 200 im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zur Erfassung von 3-dimensionalen Formdaten des umgeformten Leiterstücks 12. Die Erfassungseinrichtung 200 erfasst die Form dabei bevorzugt auf optischem Weg. Es können Linienscanner, Streifenlichtsysteme oder stereoskopische Messeinrichtungen verwendet werden. Detection devices 200 which are arranged and designed in such a way that they detect an actual shape of the conductor section 12 resulting from the reshaping process by means of machine vision when the conductor section 12 has passed the reshaping unit 18. The detection device 200 in the sense of the invention is a device for detecting 3-dimensional shape data of the reshaped conductor section 12. The detection device 200 detects the shape preferably by optical means. It can Line scanners, strip light systems or stereoscopic measuring devices can be used.
Umformeinrichtung 10 umfasst weiter eineForming device 10 further comprises a
Kontrolleinrichtung 300, die ausgebildet und eingerichtet ist, um die mittels der Umformeinheit 18 auf die Leiterstücke 12 ausgeübten Umformeinflüsse vorzugeben. Mit anderen Worten die Kontrolleinrichtung 300 steuert die Umformeinrichtung 10 und gibt die Verschwenkstellungen der Schwenkeinrichtungen 32,34 und 36 vor sowie die jeweilige Ausgleichsbewegung durch die Ausgleichseinrichtungen 38 und 40. Hierzu steuert die Kontrolleinrichtung 300 die den jeweilige Schwenkeinrichtungen 32,34 und 36 und Ausgleichseinrichtungen 38, 40 zugeordnetenControl device 300, which is designed and set up to predetermine the shaping influences exerted on the conductor pieces 12 by means of the shaping unit 18. In other words, the control device 300 controls the forming device 10 and specifies the pivoting positions of the pivot devices 32, 34 and 36 as well as the respective compensation movement by the compensation devices 38 and 40. To this end, the control device 300 controls the respective pivot devices 32, 34 and 36 and compensation devices 38 , 40 assigned
Antriebseinheiten 44, 56, 68, 94, 96 und 104 an. Verbindung 310 mit den Antriebseinheiten sind in Figur 1 symbolisch angedeutet, diese können auf verschiedene Art und Weise ausgebildet sein, bspw. kabelgebunden oder auch kabellos. Drive units 44, 56, 68, 94, 96 and 104 on. Connection 310 to the drive units are indicated symbolically in FIG. 1; these can be designed in various ways, for example, wired or wireless.
Das Verfahren zum Formen eines vorzugsweise haarnadelförmigen Wicklungselements (Hairpin; Steckspule) aus einem Leiterstück 12, das entlang einer Längsrichtung (X-Achse) länglich erstreckt ausgebildet ist und eine sich entlang der Längsrichtung erstreckende Außenseite 13 aufweist läuft, am Beispiel der Verwendung der Umformeinrichtung 10, folgendermaßen ab: The method for forming a preferably hairpin-shaped winding element (hairpin; plug-in coil) from a conductor piece 12, which is elongated along a longitudinal direction (X-axis) and has an outer side 13 extending along the longitudinal direction, is based on the example of the use of the forming device 10 , as follows:
Umformen eines Leiterstücks 12 in eine Ist-Form. Mit anderen Worten das Leiterstück 12 wird mittels der Umformeinrichtung 10 aus seiner geradlinigen Ausgangsform in eine Ist-Form, die beispielsweise der in Figur 8 dargestellten Hairpin Form entspricht, umgeformt. Forming a conductor section 12 into an actual shape. In other words, the conductor section 12 is removed from its straight starting shape by means of the reshaping device 10 into an actual shape, which corresponds, for example, to the hairpin shape shown in FIG. 8.
Dabei übt die Umformeinrichtung 10 Umformeinflüsse auf das Leiterstück 12 aus, um dieses umzuformen. Diese Umformeinflüsse werden mittels dem Verschwenken der Umformeinheit 18 gegenüber der Führung 16 bzw. deren Auslassöffnung 20 bewirkt. Zusätzlich können die oben beschriebenen translatorischen Ausgleichsbewegungen vorliegen, um einen Versatz zu der Führung und der Umformeinheit 18 zu vermeiden. In this case, the shaping device 10 exerts shaping influences on the conductor section 12 in order to reshape it. These deformation influences are brought about by pivoting the deformation unit 18 with respect to the guide 16 or its outlet opening 20. In addition, the translational compensatory movements described above can be present in order to avoid an offset to the guide and the forming unit 18.
Erfassen der Ist-Form des Leiterstücks 12 mittels der Erfassungseinrichtung 200. Die Erfassungseinrichtung 200 ist in der Lage ein 3-D Profil des Leiterstücks zu erstellen. Das Vermessen der Ist-Form des Leiterstücks kann direkt beim Austreten aus der Umformeinheit 18 erfolgen. Es ist auch denkbar eine Erfassungseinrichtung 200 zu verwenden, die den fertig hergestellten Hairpin dreidimensional vermisst und dadurch seine Ist-Form ermittelt . Detecting the actual shape of the conductor section 12 by means of the detection device 200. The detection device 200 is able to create a 3-D profile of the conductor section. The actual shape of the conductor section can be measured directly when it emerges from the forming unit 18. It is also conceivable to use a detection device 200 which measures the finished hairpin three-dimensionally and thereby determines its actual shape.
Das Verfahren umfasst weiter das Ermitteln einer Abweichung zwischen der Ist-Form und einer gewünschten Soll-Form. The method further comprises determining a deviation between the actual shape and a desired target shape.
Diese Ermittlung der Abweichung kann über die gesamte Erstreckung des fertig ungeformten Leiterstücks 12 erfolgen oder, beispielsweise wenn eine Erfassungseinrichtung 200 verwendet wird, die den Hairpin vermisst, sobald er die Umformeinrichtung 18 verlässt, auch lokal bzw. abschnittsweise . Das Verfahren umfasst weiter das Anpassen der beim Umformen verwendeten Umformeinflüsse basierend auf einer ggf. ermittelten Abweichung zwischen der Ist-Form und der Soll- Form. Auch dieses Anpassen kann im Abschluss an die vollständige Umformung des Leiterstücks in einen Hairpin erfolgen oder lokal bzw. abschnittsweise, sobald eine Abweichung von der gewünschten Soll-Form erkannt wird. This determination of the deviation can take place over the entire extent of the finished, unformed conductor section 12 or, for example, if a detection device 200 is used that measures the hairpin as soon as it leaves the shaping device 18, also locally or in sections. The method further comprises the adaptation of the shaping influences used during the shaping based on a possibly determined deviation between the actual shape and the target shape. This adaptation can also take place at the end of the complete reshaping of the conductor section into a hairpin or locally or in sections as soon as a deviation from the desired target shape is recognized.
Konkret erfolgt im vorliegenden Beispiel zunächst ein Durchführen des Leiterstücks 12 durch die Führung 16. Die Öffnungsränder 22 der Auslassöffnung 20 kontaktieren beim Durchtritt des Leiterstücks 12 die Außenseite 13 des Leiterstücks 12 von zwei senkrecht zueinanderstehenden Richtungen her beidseitig (von vier Seiten her). Specifically, in the present example, the conductor section 12 is first passed through the guide 16. The opening edges 22 of the outlet opening 20 contact the outside 13 of the conductor section 12 from two mutually perpendicular directions on both sides (from four sides) when the conductor section 12 passes through.
Das aus der Führung 16 austretende Leiterstück 12 wird durch die (in Transportrichtung des Leiterstücks 12) direkt auf die Auslassöffnung 20 folgende Umformeinheit 18 mit der Umformöffnung 24 geführt. Die Umformabschnitte 26 kontaktieren die Außenseite 13 des Leiterstücks 12 von zwei senkrecht zueinanderstehenden Richtungen her beidseitig (von vier Seiten her). The conductor section 12 emerging from the guide 16 is guided through the reshaping unit 18 with the reshaping opening 24 following the outlet opening 20 directly (in the transport direction of the conductor section 12). The deformed sections 26 contact the outside 13 of the conductor section 12 from two directions perpendicular to one another on both sides (from four sides).
Das Umformen des Leiterstücks 12 erfolgt durch Bewegen des Leiterstücks 12 durch die Umformöffnung 24 hindurch bei gleichzeitigem Verändern der Orientierung der Umformabschnitte 26 relativ zu den Öffnungsrändern 22 der Führung 16 bzw. der Auslassöffnung 20. Dabei werden die Umformabschnitte 26 (oder mit anderen Worten die Umformeinheit 18 insgesamt) im Laufe des Umformvorgangs relativ zu den Öffnungsrändern 22 um die entsprechende Schwenkachse Schwenkachse 28 verschwenkt und entlang mindestens einer Ebene 30 bewegt, deren Normalenvektor die Schwenkachse 28 ist. The reshaping of the conductor section 12 takes place by moving the conductor section 12 through the reshaping opening 24 while at the same time changing the orientation of the reshaping sections 26 relative to the opening edges 22 of the guide 16 or the outlet opening 20 Forming unit 18 as a whole) in the course of the forming process is pivoted about the corresponding pivot axis pivot axis 28 relative to the opening edges 22 and moved along at least one plane 30, the normal vector of which is pivot axis 28.
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 Leiterstück 12 auszubildenden Bogens (Innenradius) in seiner Relativposition gegenüber den Öffnungsrändern 22 der Führung 16 nicht verändert, er verbleibt vielmehr in seiner Relativposition gegenüber den Öffnungsrändern 22. Dadurch wird der sich durch die Schwenkbewegung ergebende "Lochversatz" praktisch ausgeglichen. When changing the orientation of the deformed sections 26 relative to the opening edges 22 of the guide 16, the deformed section 26 on the inside of the arc to be formed on the conductor section 12 (inner radius) is not changed in its relative position with respect to the opening edges 22 of the guide 16, rather it remains in its position Relative position with respect to the opening edges 22. As a result, the "hole offset" resulting from the pivoting movement is practically compensated for.
Dieser Aspekt ist in Figur 7 veranschaulicht. Die Ausgangsstellung der Umformeinheit 18 bzw. der Umformabschnitte 26 (durchlaufender Leiterstück 12 würde keine Umformung erfahren) ist in Figur 7 mit durchgezogenen Linien gezeichnet. Eine mögliche Umformstellung der Umformeinheit 18 bzw. der Umformabschnitte 26 (durchlaufender Leiterstück 12 wird wie dargestellt umgeformt) ist mit gestrichelten Linien gezeichnet. Würde die Orientierung der Umformeinheit 18 relativ zu den Öffnungsrändern 22 ausgehend von der Ausgangsstellung (durchgezogene Linien) ohne Kompensation des Lochversatzes erfolgen, würde die Umformeinheit 18 um eine das Leiterstück 12 zentrisch schneidende Schwenkachse verschwenkt werden, was zur Folge hätte, dass das Leiterstück 12 durch die Uniformabschnitte 26 von zwei gegenüberliegenden Seiten her belastet werden würde (nicht dargestellt) . Es entstünde ein Versatz zwischen Führung 20 und Umformöffnung 24. This aspect is illustrated in FIG. The starting position of the shaping unit 18 or the shaping sections 26 (continuous conductor section 12 would not undergo any shaping) is shown in FIG. 7 with solid lines. A possible reshaping of the reshaping unit 18 or the reshaping sections 26 (continuous conductor section 12 is reshaped as shown) is shown with dashed lines. If the orientation of the forming unit 18 were to take place relative to the opening edges 22 starting from the starting position (solid lines) without compensation of the hole offset, the forming unit 18 would be pivoted about a pivot axis that intersects the conductor section 12, which would result in the Conductor section 12 would be loaded by the uniform sections 26 from two opposite sides (not shown). An offset would arise between the guide 20 and the forming opening 24.
Um dies zu vermeiden, wird die Umformeinheit 18 nicht nur verschwenkt, sondern in der Schwenkebene 30, deren Normalenvektor die Schwenkachse 28 ist, translatorisch in Richtung auf die Innenseite der Umformung (Innenradius) hinbewegt (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 verändert. Die überlagerte Schwenkbewegung und translatorische Ausgleichsbewegung sind also quasi derart aufeinander abgestimmt, dass der Umformabschnitt 26' beim Verschwenken gegenüber den Öffnungsrändern 22 keine Relativbewegung ausführt . To avoid this, the forming unit 18 is not only pivoted, but also moved in a translatory manner in the pivot plane 30, the normal vector of which is the pivot axis 28, towards the inside of the forming (inner radius) (illustrated by arrow 31). This takes place in such a way that the deforming section 26 'arranged on the inside of the sheet does not change its position relative to the opening edges 22 during the deformation. The superimposed pivoting movement and translatory compensating movement are thus coordinated with one another in such a way that the deforming section 26 ′ does not perform any relative movement when pivoting with respect to the opening edges 22.
Durch das Verschwenken der Umformabschnitte 26 wird das Leiterstück gebogen bzw. tordiert. Die ausgeübten Biege- bzw. Torsionsmomente stellen dabei die auf das Leiterstück 12 ausgeübten Umformeinflüsse dar. By pivoting the deforming sections 26, the conductor section is bent or twisted. The bending or torsional moments exerted represent the deformation influences exerted on the conductor section 12.
Die Erfassungseinrichtungen 200 erfasst die Form des Leiterstücks, wenn es aus der umformen Einheit 18 heraustritt . The detection device 200 detects the shape of the conductor section when it emerges from the deforming unit 18.
Die von der Erfassungseinrichtung 200 erfassten Form- Informationen, die Ist-Form des Leiterstücks, werden an die Kontrolleinrichtung 300 übermittelt. DieThe shape information acquired by the acquisition device 200, the actual shape of the conductor section, is sent to the Control device 300 transmitted. The
Kontrolleinrichtung 300 führt einen Vergleich zwischen den durch die Erfassungseinrichtung 200 erfassten Form- Informationen, der Ist-Form des Leiterstücks nach dem Umformvorgang, und der gewünschten Soll-Form durch. Wird ein Abweichen festgestellt, so passt dieControl device 300 carries out a comparison between the shape information acquired by acquisition device 200, the actual shape of the conductor section after the forming process, and the desired target shape. If a deviation is found, the fits
Kontrolleinrichtung 300 die Umformeinflüsse an. Mit anderen Worten sie verändert die für eine bestimmte Biegung oder Torsion vorgesehene Schwenkstellung der Umformabschnitte 26 bzw. sie verändert die für eine bestimmte Biegung oder Torsion vorgesehenen Biege oder Torsionsmomente, die auf das Leiterstück 12 ausgeübt werden sollen. Control device 300 the forming influences. In other words, it changes the pivot position of the deforming sections 26 provided for a specific bend or torsion or changes the bending or torsional moments intended for a specific bend or torsion that are to be exerted on the conductor section 12.
Diese Anpassung der Umformeinflüsse (Biege- und Torsionsmomente kann während dem Umformvorgang eines Leiterstück erfolgen, sodass der Rest des Leiterstücks mit den neu ermittelten Umformeinflüssen bearbeitet wird oder er kann im Anschluss an den kompletten Umformvorgang erfolgen, so dass das nächste Leiterstück den korrigierten Umformeinflüssen ausgesetzt wird. This adaptation of the deformation influences (bending and torsional moments) can take place during the deformation process of a conductor section, so that the rest of the conductor section is processed with the newly determined deformation influences or it can take place after the complete deformation process, so that the next conductor section is exposed to the corrected deformation influences .
Figur 8 zeigt einen mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens auf der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten Hairpin 140. Der Hairpin 140 weist zwei parallel erstreckte und geradlinig ausgebildete Schenkel 150 auf sowie einen aus der Ebene der Schenkel 150 heraustretenden Verbindungsabschnitt 160. Verschiedene Biege- und Torsionsmomente wurden beim Herstellen des Hairpins 140 auf das zuvor geradlinig ausgebildete Leiterstück 12 ausgeübt. Figur 9 illustriert eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens . FIG. 8 shows a hairpin 140 produced by means of the method according to the invention on the device according to the invention. The hairpin 140 has two parallel, straight legs 150 and a connecting section 160 protruding from the plane of the legs 150 Hairpins 140 exerted on the previously rectilinear conductor section 12. FIG. 9 illustrates a variant of the method according to the invention.
In einem Schritt 400 erfolgt ein Umformen eines Leiterstücks 12 in eine Ist-Form unter Verwendung einer Umformeinrichtung 10, die Umformeinflüsse auf das Leiterstück 12 ausübt, um dieses umzuformen. In a step 400, a conductor section 12 is reshaped into an actual shape using a reshaping device 10 which exerts reshaping influences on the conductor section 12 in order to reshape it.
In einem Schritt 410 erfolgt, im vorliegenden Beispiel nach Abschluss des Schritts 400, ein Erfassen der Ist-Form des Leiterstücks 12 mittels einer Erfassungseinrichtung 200, insbesondere einer Erfassungseinrichtung 200 zum maschinellen Sehen. In a step 410, in the present example after the conclusion of step 400, the actual shape of the conductor section 12 is recorded by means of a detection device 200, in particular a detection device 200 for machine vision.
In einem Schritt 420 erfolgt, im vorliegenden Beispiel nach Abschluss des Schritts 410, ein Ermitteln einer Abweichung zwischen der Ist-Form und einer gewünschten Soll-Form. In a step 420, in the present example after the conclusion of step 410, a deviation between the actual shape and a desired target shape is ascertained.
In einem Schritt 430 wiederum erfolgt, im vorliegenden Beispiel nach Abschluss des Schritts 420, ein Anpassen der beim Umformen verwendeten Umformeinflüsse basierend auf einer ggf. ermittelten Abweichung zwischen der Ist-Form und der Soll-Form. Nach Abschluss des Schritts 430 wird mit einem weiteren Leiterstück 12 ein weiterer Umformvorgang in einem weiteren Schritt 400 durchgeführt. In a step 430, in the present example after the conclusion of step 420, the deformation influences used in the deformation are adapted based on a possibly determined deviation between the actual shape and the target shape. After step 430 has been completed, a further forming process is carried out in a further step 400 with a further conductor section 12.
Im Beispiel von Figur 9 wird also die Anpassung der Umformeinflüsse nach Abschluss der Umformung des gesamten Leiterstücks 12 durchgeführt. Entsprechend kann auch die Ist-Form des Leiterstücks 12 entweder während dem Umformen oder nach dem Abschluss des Umformens erfasst werden. In the example of FIG. 9, the adaptation of the deformation influences is carried out after the deformation of the entire conductor section 12 has been completed. The The actual shape of the conductor section 12 can be detected either during the deformation or after the end of the deformation.
Figur 10 illustriert eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens. FIG. 10 illustrates a further variant of the method according to the invention.
In einem Schritt 400 erfolgt ein Umformen eines Leiterstücks 12 in eine Ist-Form unter Verwendung einer Umformeinrichtung 10, die Umformeinflüsse auf das Leiterstück 12 ausübt, um dieses umzuformen. In a step 400, a conductor section 12 is reshaped into an actual shape using a reshaping device 10 which exerts reshaping influences on the conductor section 12 in order to reshape it.
In einem Schritt 410 erfolgt, im Beispiel von Figur 10 während der Durchführung des Schritts 400, ein Erfassen der Ist-Form des Leiterstücks 12 mittels einer Erfassungseinrichtung 200, insbesondere einer Erfassungseinrichtung 200 zum maschinellen Sehen. In a step 410, in the example of FIG. 10 while step 400 is being carried out, the actual shape of the conductor section 12 is detected by means of a detection device 200, in particular a detection device 200 for machine vision.
In einem Schritt 420 erfolgt, im Beispiel von Figur 10 nach Abschluss des Schritts 410 und während der Durchführung des Schritts 400, ein Ermitteln einer Abweichung zwischen der Ist-Form und einer gewünschten Soll-Form. In a step 420, in the example of FIG. 10, after step 410 has been completed and while step 400 is being carried out, a deviation between the actual shape and a desired target shape is determined.
In einem Schritt 430 wiederum erfolgt, nach Abschluss des Schritts 420 und während der Durchführung des Schritts 400, ein Anpassen der beim Umformen verwendeten Umformeinflüsse basierend auf einer ggf. ermittelten Abweichung zwischen der Ist-Form und der Soll-Form. Die Schritte 410 und 420 werden kontinuierlich während der Durchführung der Umformung, also während dem Schritt 400, durchgeführt. Sobald eine Abweichung zwischen der Ist-Form und der Soll- Form lokal festgestellt wird, werden die entsprechenden Umformeinflüsse im Schritt 430, der dann entsprechend eingeleitet wird, angepasst. Nach Abschluss des jeweiligen Schritts 430 wird das Leiterstück 12 weiter umgeformt, also der Schritt 400 fortgesetzt. Nach Abschluss des Schritts 400 wird mit einem weiteren Leiterstück 12 ein weiterer Umformvorgang in einem weiteren Schritt 400 durchgeführt. In a step 430, after the conclusion of step 420 and while step 400 is being carried out, the deformation influences used in the deformation are adapted based on a possibly determined deviation between the actual shape and the target shape. Steps 410 and 420 are carried out continuously while the reshaping is being carried out, that is to say during step 400. As soon as there is a discrepancy between the actual form and the target Shape is determined locally, the corresponding deformation influences are adapted in step 430, which is then initiated accordingly. After completion of the respective step 430, the conductor section 12 is further deformed, that is to say step 400 is continued. After step 400 has been completed, a further forming process is carried out in a further step 400 with a further conductor section 12.
Im Beispiel von Figur 10 wird also die Anpassung der Umformeinflüsse während der Umformung des Leiterstücks 12 durchgeführt. Entsprechend wird auch die Ist-Form des Leiterstücks 12 während dem Umformen erfasst. In the example of FIG. 10, the adaptation of the deformation influences is carried out during the deformation of the conductor section 12. Correspondingly, the actual shape of the conductor section 12 is also recorded during the deformation.
Figur 11 und 12 illustrieren ein Modell 500 zur Berechnung der Umformeinflüsse 540. Um die Umformeinflüsse 540 zu berechnen, berücksichtigt das Modell 500 wenigstens die Ausgangsform 510, die gewünschte Soll-Form 520 und Eigenschaftsparameter 530 des umzuformen Leiterstück 12 als Parameter . FIGS. 11 and 12 illustrate a model 500 for calculating the deformation influences 540. In order to calculate the deformation influences 540, the model 500 takes into account at least the initial shape 510, the desired target shape 520 and property parameters 530 of the conductor section 12 to be deformed as parameters.
Um die Umformeinflüsse 540 für einen ersten Umformvorgang zu ermitteln, können eine Schätzung oder in einem Testlauf ermittelte Initialwerte für die Eigenschaftsparameter 530 angesetzt werden. In order to determine the deformation influences 540 for a first deformation process, an estimate or initial values determined in a test run can be used for the property parameters 530.
Wird eine Abweichung 550 zwischen der gemessenen Ist-Form 560 und der Soll-Form 520 festgestellt, so werden die Eigenschaftsparameter 530 angepasst, so dass in einem weiteren Durchlauf der in Figur 11 dargestellten Berechnung statt dem Initialwert für die Eigenschaftsparameter 530 angepasste Eigenschaftsparameter 530' verwendet werden. If a discrepancy 550 is found between the measured actual shape 560 and the desired shape 520, the property parameters 530 are adjusted so that in a further run of the calculation shown in FIG. 11 instead of the initial value for the property parameters 530, adapted property parameters 530 'are used.
Die Ermittlung der angepassten Eigenschaftsparameter 530' ist in Figur 12 illustriert. The determination of the adapted property parameters 530 'is illustrated in FIG.
Die angepassten Eigenschaftsparameter 530' werden mittels des Models berechnet, wobei das Modell dabei wenigstens die Ausgangsform 510 und die im Umformprozess ausgeübten Umformeinflüsse 540 (die vorher gemäß Figur 11 ermittelt wurden) sowie entweder die ursprünglich geplante Soll-Form 520 und die ermittelte Abweichung 550 oder die gemessene Ist-Form 560 berücksichtigt. The adapted property parameters 530 'are calculated by means of the model, with the model at least the initial shape 510 and the shaping influences 540 exerted in the shaping process (which were previously determined according to FIG. 11) as well as either the originally planned target shape 520 and the determined deviation 550 or the measured actual shape 560 is taken into account.
Das Modell 500 basiert dabei auf einem umkehrbaren mathematischen Zusammenhang zwischen den einzelnen Parametern . The model 500 is based on a reversible mathematical relationship between the individual parameters.
Vorzugsweise wird dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Soll-Form zugrunde gelegt, die eine 3-dimensionale Erstreckung aufweist. Vorzugsweise umfasst die Soll-Form Biegeradien, die sich kontinuierlich über den Verlauf des Leiterstücks ändern. The method according to the invention is preferably based on a desired shape which has a 3-dimensional extension. The desired shape preferably includes bending radii that change continuously over the course of the conductor section.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren zum Formen von, insbesondere haarnadelartigen, Wicklungselementen aus Leiterstücken (12), insbesondere wobei die Leiterstücke (12) in einem Ausgangszustand entlang einer Längsrichtung (X) länglich erstreckt ausgebildet sind, wobei das Verfahren umfasst: 1. A method for forming, in particular hairpin-like, winding elements from conductor pieces (12), in particular wherein the conductor pieces (12) are elongated in an initial state along a longitudinal direction (X), the method comprising:
Umformen eines Leiterstücks (12) in eine Ist-Form (560) unter Verwendung einer Umformeinrichtung (10), die Umformeinflüsse (540) auf das Leiterstück (12) ausübt, um dieses umzuformen; Reshaping a conductor section (12) into an actual shape (560) using a reshaping device (10) which exerts reshaping influences (540) on the conductor section (12) in order to reshape it;
Erfassen der Ist-Form (560) des Leiterstücks (12) mittels einer Erfassungseinrichtung (200), insbesondere einer Erfassungseinrichtung (200) zum maschinellen Sehen; Detecting the actual shape (560) of the conductor section (12) by means of a detection device (200), in particular a detection device (200) for machine vision;
Ermitteln einer Abweichung (550) zwischen der Ist-Form (560) und einer gewünschten Soll-Form (520); Determining a deviation (550) between the actual shape (560) and a desired target shape (520);
Anpassen der beim Umformen verwendeten Umformeinflüsse (540) basierend auf einer ggf. ermittelten Abweichung (550) zwischen der Ist-Form (560) und der Soll-Form (520). Adaptation of the deformation influences (540) used during deformation based on a possibly determined deviation (550) between the actual shape (560) and the desired shape (520).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassen der Umformeinflüsse (540) während dem Umformen eines Leiterstücks (12) erfolgt und der weitere Umformvorgang mittels der angepassten Umformeinflüsse (540) durchgeführt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the adaptation of the forming influences (540) during the shaping of a conductor section (12) takes place and the further shaping process is carried out by means of the adapted shaping influences (540).
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassen der Umformeinflüsse (540) im Anschluss an das Umformen eines ersten Leiterstücks3. The method according to claim 1, characterized in that the adaptation of the deformation influences (540) following the deformation of a first conductor section
(12) erfolgt und ein Umformvorgang eines zweiten Leiterstücks (12) mittels der angepassten Umformeinflüsse (540) durchgeführt wird. (12) takes place and a deformation process of a second conductor section (12) is carried out by means of the adapted deformation influences (540).
4. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformeinflüsse (540), die beim Umformen des Leiterstücks (12) verwendeten werden, basierend auf einem Model (500) ermittelt werden, wobei das Model (500) die Umformeinflüsse in Abhängigkeit von der Soll-Form (520) und von Eigenschaftsparametern (530) des Leiterstücks (12) vorgibt. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the deformation influences (540) that are used when deforming the conductor section (12) are determined based on a model (500), the model (500) depending on the deformation influences of the desired shape (520) and of property parameters (530) of the conductor section (12).
5. Verfahren nach dem vorigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Abweichung zwischen Ist-Form (560) und Soll-Form (520), die dem Model (500) zugrundeliegenden Eigenschaftsparameter (530) des Leiterstücks (12) in einem5. The method according to the preceding claim, characterized in that in the event of a discrepancy between the actual shape (560) and the desired shape (520), the property parameters (530) of the conductor section (12) on which the model (500) is based in one
Parameteranpassungsschritt derart angepasst werden, dass das Model (500) basierend auf den ausgeübten Umformeinflüsse (540) und den angepassten Eigenschaftsparametern (530) die Ist-Form (560) vorgibt, wobei für die weitere Umformung die angepassten Umformeinflüsse (540) basierend auf dem Model (500) und den angepassten Eigenschaftsparametern (530') sowie der Soll-Form (520) vorgegeben werden.Parameter adaptation step can be adapted in such a way that the model (500) specifies the actual shape (560) based on the applied deformation influences (540) and the adapted property parameters (530), with the adapted deformation influences (540) based on the Model (500) and the adapted property parameters (530 ') as well as the target shape (520) can be specified.
6. Verfahren nach dem vorigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Initialwerte für die in dem Model verwendeten Eigenschaftsparameter (530) dadurch ermittelt werden, dass unter Verwendung der Umformeinrichtung (10) ein Testumformvorgang mit vorgegebenen Testumformeinflüssen an einem Testleiterstück, das gleiche Eigenschaftsparameter (530) wie die später umzuformenden Leiterstücke (12) aufweist, durchgeführt wird und die resultierende Ist- Form (560) des Testleiterstücks erfasst wird und basierend auf der Ist-Form (560) des Testleiterstücks und den verwendeten Testumformeinflüssen die Eigenschaftsparameter (530) ermittelt werden und dem Model zur Ermittlung der Umformeinflüsse (540) als ein Ausgangspunkt zugrunde gelegt werden. 6. The method according to the preceding claim, characterized in that initial values for the property parameters (530) used in the model are determined in that, using the reshaping device (10), a test reshaping process with predetermined test reshaping influences on a test lead piece, the same property parameter (530) how the conductor pieces (12) to be reshaped later is carried out and the resulting actual shape (560) of the test conductor piece is recorded and, based on the actual shape (560) of the test conductor piece and the test shaping influences used, the property parameters (530) are determined and the Model for determining the deformation influences (540) can be used as a starting point.
7. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformeinrichtung (10) eine Freiformbiegeeinrichtung ist. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the forming device (10) is a free-form bending device.
8. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformen des Leiterstücks (12) umfasst: 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the reshaping of the conductor section (12) comprises:
- Durchführen des Leiterstücks (12) in einer Transportrichtung, die der Längsrichtung des (X) des Leiterstücks entspricht, durch eine Führung (16), wobei die Führung (16) eine Auslassöffnung (20) aufweist, deren Öffnungsränder (22) beim Durchtritt des Leiterstücks (12) die Außenseite (13) des Leiterstücks (12) von zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen her beidseitig kontaktieren; - Passing the ladder section (12) in a transport direction which corresponds to the longitudinal direction of the (X) of the ladder section, through a guide (16), the guide (16) having an outlet opening (20), the opening edges (22) of which upon passage of the conductor section (12) contacting the outside (13) of the conductor section (12) on both sides from two mutually perpendicular directions;
- Durchführen des aus der Führung (16) austretenden Leiterstücks (12) durch eine auf die Auslassöffnung (20) folgende Uniformeinheit (18), die eine Umformöffnung (24) umfasst, an deren Rand mehrere Umformabschnitte (26) angeordnet sind, wobei die Umformabschnitte (26) die Außenseite (13) des Leiterstücks (12) von zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen her beidseitig kontaktieren; und - Passing the conductor section (12) emerging from the guide (16) through a uniform unit (18) following the outlet opening (20) which comprises a forming opening (24) at the edge of which several forming sections (26) are arranged, the forming sections (26) make contact with the outside (13) of the conductor section (12) on both sides from two mutually perpendicular directions; and
- Umformen des Leiterstücks (12) durch Bewegen des Leiterstücks (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 entlang mindestens einer Ebene (30) translatorisch bewegt werden, deren Normalenvektor die Schwenkachse (28, Y,- Reshaping the conductor section (12) by moving the conductor section (12) through the reshaping opening (24) while at the same time changing the orientation of the reshaping sections (26) relative to the opening edges (22) of the guide (16), the reshaping sections (26) in the course of the forming process relative to the opening edges (22) about at least one pivot axis (28, Y, Z), which runs orthogonally to the transport direction, are pivoted and moved translationally along at least one plane (30) whose normal vector defines the pivot axis (28, Y ,
Z) ist, wobei 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 Leiterstück (12) auszubildenden Bogens in seiner Relativposition gegenüber den Öffnungsrändern (22) unverändert bleibt. Z), with the change in the orientation of the deformed sections (26) relative to the opening edges (22) of the guide during the deformation (16) of the deformed section (26 ') on an inside of a conductor piece (12) to be trained sheet remains unchanged in its relative position with respect to the opening edges (22).
9. Vorrichtung (10) zum Formen von, insbesondere haarnadelartigen, Wicklungselementen aus einem Leiterstück (12), umfassend: eine Führung (16), wobei die Führung (16) eine Auslassöffnung (20) aufweist, deren Öffnungsränder (22) ausgebildet und angeordnet sind, um das Leiterstück (12) beim Durchtritt durch die9. Device (10) for forming, in particular hairpin-like, winding elements from a conductor piece (12), comprising: a guide (16), the guide (16) having an outlet opening (20), the opening edges (22) of which are designed and arranged are to the conductor piece (12) when passing through the
Auslassöffnung (20) von zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen her beidseitig an seiner Außenseite (13) zu kontaktieren; eine Umformeinheit (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 das Leiterstück (12) beim Durchtritt durch die Umformöffnung (24) von zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen her beidseitig an seiner Außenseite (13) zu kontaktieren; wobei die Vorrichtung (10) mindestens eine Schwenkeinrichtung (34, 36) und mindestens eineTo contact the outlet opening (20) from two mutually perpendicular directions on both sides of its outer side (13); a shaping unit (18) which is arranged following the outlet opening (20) and comprises a shaping opening (24), at the edge of which several shaping sections (26) are arranged, the shaping sections (26) being designed and arranged to surround the conductor piece ( 12) to make contact on both sides of its outer side (13) when passing through the forming opening (24) from two mutually perpendicular directions; wherein the device (10) has at least one pivoting device (34, 36) and at least one
Ausgleichseinrichtung (38, 40) aufweist, die derart mit der Umformeinheit (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 und wobei die Vorrichtung (10) mindestens eine Schwenkeinrichtung (32) aufweist, die derart mit der Umformeinheit (18) zusammenwirkt, dass die Umformabschnitte (26) relativ zu den Öffnungsrändern (22) um mindestens eine Schwenkachse (X), die der Transportrichtung entspricht, verschwenkbar sind, wobei die Vorrichtung (10) weiter eine Erfassungseinrichtung (200) umfasst, die derart angeordnet und ausgebildet ist, dass sie eine durch den Umformvorgang resultierende Ist-Form (560) des Leiterstücks (12) mittels maschinellem Sehen erfasst, wenn das Leiterstück (12) die Umformeinheit (18) passiert hat. Compensating device (38, 40) which interacts with the forming unit (18) in such a way that the forming sections (26) relative to the opening edges (22) about at least one pivot axis (28, Y, Z), the runs orthogonally to the transport direction (X), are pivotable and translationally movable along at least one plane (30), the normal vector of which is the pivot axis (28, X, Y, Z) and wherein the device (10) has at least one pivot device (32), which cooperates with the forming unit (18) in such a way that the forming sections (26) can be pivoted relative to the opening edges (22) about at least one pivot axis (X) which corresponds to the transport direction, the device (10) also having a detection device (200 ), which is arranged and designed in such a way that it detects an actual shape (560) of the conductor section (12) resulting from the forming process by means of machine vision when the conductor section (12) has passed the forming unit (18).
10. Vorrichtung (10) nach dem vorigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) eine Kontrolleinrichtung (300) umfasst, die ausgebildet und eingerichtet ist, um die mittels der Umformeinheit (18) auf die Leiterstücke (12) ausgeübten Umformeinflüsse vorzugeben, wobei die Kontrolleinrichtung (300) weiter ausgebildet und eingerichtet ist, um ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen. 10. Device (10) according to the preceding claim, characterized in that the device (10) comprises a control device (300) which is designed and set up to predetermine the deformation influences exerted on the conductor pieces (12) by means of the deformation unit (18) , wherein the control device (300) is further designed and set up to carry out a method according to one of claims 1 to 8.
11. Vorrichtung (10) nach einem der beiden vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (200) eingerichtet und angeordnet ist, um die Ist-Form (560) eines umgeformten Leiterstücks (12) zu erfassen, wenn dieses aus den Umformabschnitten (26) der Umformeinheit (18) austritt. 11. The device (10) according to one of the two preceding claims, characterized in that the detection device (200) is set up and arranged to detect the actual shape (560) of a deformed conductor section (12) when it emerges from the deformed sections ( 26) of the forming unit (18) emerges.
12. Vorrichtung (10) nach einem der beiden vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (200) eingerichtet und angeordnet ist, um die Ist-Form (560) eines umgeformten Leiterstücks (12) zu erfassen, nachdem der12. Device (10) according to one of the two preceding claims, characterized in that the detection device (200) is set up and arranged to detect the actual shape (560) of a reshaped conductor section (12) after the
Umformvorgang des Leiterstücks (12) abgeschlossen ist. The forming process of the conductor section (12) is complete.
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