EP4186151A1 - Positioning device and method for positioning wire ends during the production of an electric machine - Google Patents

Positioning device and method for positioning wire ends during the production of an electric machine

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Publication number
EP4186151A1
EP4186151A1 EP21749598.5A EP21749598A EP4186151A1 EP 4186151 A1 EP4186151 A1 EP 4186151A1 EP 21749598 A EP21749598 A EP 21749598A EP 4186151 A1 EP4186151 A1 EP 4186151A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
positioning
counter
alignment element
alignment
wire ends
Prior art date
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Pending
Application number
EP21749598.5A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jörg JÖRG WALTHER
Holger UHLMANN
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.)
Pro Beam GmbH and Co KG
Original Assignee
Pro Beam GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Pro Beam GmbH and Co KG filed Critical Pro Beam GmbH and Co KG
Publication of EP4186151A1 publication Critical patent/EP4186151A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • H02K15/0056Manufacturing winding connections
    • H02K15/0068Connecting winding sections; Forming leads; Connecting leads to terminals
    • H02K15/0081Connecting winding sections; Forming leads; Connecting leads to terminals for form-wound windings
    • 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
    • H02K15/0025Shaping or compacting conductors or winding heads after the installation of the winding in the core or machine ; Applying fastening means on winding heads
    • H02K15/0031Shaping or compacting conductors in slots or around salient poles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21FWORKING OR PROCESSING OF METAL WIRE
    • B21F3/00Coiling wire into particular forms
    • 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
    • H02K15/0056Manufacturing winding connections
    • H02K15/0068Connecting winding sections; Forming leads; Connecting leads to terminals

Definitions

  • the invention relates to a positioning device for positioning wire ends when manufacturing an electrical machine.
  • the invention also relates to a method for positioning and processing wires in the manufacture of an electrical machine.
  • Such flat wires typically have a curved mostly central portion as well as two wire ends and are designed in a precisely predetermined shape to the Make the stator winding as tight as possible. In one or more further process steps, the wire ends of the individual flat wires are then connected to one another.
  • the wire ends In all process steps in which the wire ends are further processed, the wire ends must be positioned relative to each other with the greatest precision in order to avoid manufacturing errors.
  • Such process steps, which require precise positioning, include steps such as stripping, cutting and/or joining the wire ends, with welding and soldering being the main things to think of when joining.
  • Clamping devices of this type comprise two disks which lie one on top of the other and can be rotated in relation to one another and which each have aligned openings for the passage of all wire ends. After the wire ends have been fed through the openings, the discs are twisted so that the wire ends are clamped between the now less overlapping openings.
  • the object of the present invention is therefore to specify a positioning device for positioning the wire ends when producing an electrical machine, which takes some of the disadvantages mentioned above into account.
  • the positioning device should be able to ensure the positioning of the wire ends with improved process safety.
  • a positioning device for positioning wire ends when producing an electrical machine comprising a) at least one positioning unit, which b) has an alignment element and a counter-alignment element, which are arranged in two layers one above the other and along a displacement path relative to one another are displaceable, whereby they are at least partially superimposed or can be superimposed, c) wherein the alignment element has at least one through-hole and the counter-alignment element has at least one counter-through-hole, which are arranged and designed in such a way that a clear positioning passage is perpendicular to the two layers of the alignment element and the counter alignment element remains, through which at least one end of the wire can extend and whose cross-section, in particular its cross-sectional area, can be changed relative to one another by shifting the alignment and counter-alignment elements, wherein d) the at least one through-hole on the alignment element and the at least one counter-through-hole on the counter-alignment element each have two straight edge sections, which in the respective
  • the inventors have recognized that for improved positioning of the wire ends it is important in which direction the alignment element and the counter-alignment element are shifted relative to one another with regard to two straight edge sections of the through-hole and the counter-through-hole.
  • the positioning units of the positioning device according to the invention work with two mostly essentially plate-shaped (possibly also curved) alignment elements, the alignment element and the counter-alignment element. Cooperating through-holes and counter-through-holes are provided on these, which together provide a clear positioning passage through both alignment elements in a closed position.
  • the through-holes in turn have at least two straight edge sections, which can rest as end faces of the alignment elements on the wire ends to be positioned when the wire ends to be positioned, which are often present as individual wire end groups of two or more wire end groups to be positioned, through the respective Passage recesses and counter passage recesses are performed.
  • the edge sections of an alignment element are arranged in relation to one another in such a way that they converge roughly in the opposite direction to the displacement direction of the alignment elements. This means that the clear positioning passage is reduced by the displacement of the two alignment elements against each other. If the displacement path is selected in such a way that the direction of the displacement path runs at an oblique angle, i.e. not parallel and not perpendicular, to the two straight edge sections, a force acts on the wire ends, which force gradually moves them when the alignment elements move into the closed position moved to the desired location while still allowing the wire ends to slide along the edge portions.
  • the vertical end faces of the edge sections of the alignment element thus rest analogously to those of the counter alignment element on two opposite surfaces of the grouped wire ends.
  • the movement of the alignment elements of the first and second layer is thus carried out until the four surfaces of the wire end or the wire end group are surrounded by two sides of the through-holes in the two alignment elements and block further movement of the alignment elements.
  • the displacement of the two alignment elements relative to each other must have at least one directional component along the two layers arranged one above the other in order to bring about the displacement into a closed position. That is to say, the alignment elements could simultaneously also move obliquely towards one another in such a way that the layers of the two alignment elements move towards one another.
  • the displacement path will preferably run completely parallel to the two layers of the alignment elements.
  • the tangent to the displacement path can be viewed as the direction of the displacement path.
  • the wire ends can be precisely positioned with just two layers of aligning elements.
  • the device can therefore be made significantly lighter and flatter, and the total applied force required for positioning can be reduced.
  • a plurality of positioning units can preferably be provided, so that less force has to be applied to position an equal number of wire ends within a positioning unit, since the number of through-holes required per positioning unit can then be reduced. In particular, however, any dimensional deviations that occur in the wires to be processed can also be compensated for. Improved heat dissipation and a compact design of the device can reduce material consumption by wires of the electrical machine.
  • Both the positioning of the wire ends relative to one another, e.g. pressing two wire ends together, and the positioning of the wire ends relative to other wire ends or other components of the electrical machine can be regarded as positioning of the wire ends.
  • the positioning unit can even be mounted in a floating manner in relation to the wire ends, so that both alignment elements move relative to one another during the displacement and the positioning unit arranges itself over a large number of wire ends with respect to the component of the electrical machine. Provision is preferably made for the displacement path to be rectilinear.
  • the straight edge sections of the at least one through-hole and/or the counter-through hole can lie perpendicular to one another.
  • the straight edge sections can lie optimally on wire ends with a rectangular or square cross-section.
  • the vertical end faces of the edge sections of the alignment element can lie flat against two surfaces of the wire ends to be positioned.
  • the edge sections of the counter alignment element bear against the two remaining surfaces of the wire ends to be positioned.
  • the edge sections can also run towards one another at a different angle.
  • the straight-line edge sections do not have to directly adjoin one another.
  • the through-hole can have a concavely curved connection point, in which, for example, minor injuries to the edges of the wire ends can be accommodated.
  • the through-hole and/or the counter-through hole can be arranged at the edges of the alignment elements.
  • a through opening has the advantage that higher forces can be exerted with the same thickness of the respective alignment element.
  • areas around the clear positioning passage can optionally be better covered.
  • Each passage opening can thus have two edge sections which are preferably at right angles to one another.
  • the openings can be rectangular, square, triangular or drop-shaped, for example.
  • the two straight edge sections can be connected by a rounded corner.
  • the shape and/or size of the openings can be adapted to the shape or size of the wire ends.
  • a positioning unit can comprise recesses and/or openings of different sizes and shapes.
  • the alignment element and the counter-alignment element can comprise un differently sized and/or differently shaped openings.
  • the number of recesses and/or openings per alignment element and/or per clamping unit can vary.
  • the through-hole and/or the counter-hole recess preferably enclose the wire ends in such a way that, apart from the clear positioning passage, there is no further clear passage through the two alignment elements when the positioning unit is in a positioning position/closed position. In particular, no clear passage remains around the wire ends within the outer limits of the alignment element and the counter-alignment element.
  • the through-holes of the two alignment elements are preferably designed in such a way that the gap between the wire and the alignment element when closed is a maximum of 0.1 mm. Wires with shape deviations lead to larger distances.
  • the displacement along the displacement path is generated by a force element.
  • Such a force element can be an active force element such as an actuator, eg a hydraulic or pneumatic piston, an electric motor or the like.
  • a passive force element such as a spring or an elastic block of material can also serve as the force element.
  • the power element can also include a lever mechanism.
  • the passive force element can press the two alignment elements in the closed position/positioning position in the basic state.
  • An opening actuator which works actively against the spring force of the passive force element, can then be used for opening.
  • the device is thus preferably normally closed (normally closed, NC), that is, the force element exerts a force in the basic state in order to keep the alignment elements closed.
  • the displacement of the alignment element relative to the counter-alignment element of a positioning unit is preferably caused by a common force element.
  • One force element is thus positioned per positioning unit in such a way that the edge sections of the through-holes in the two alignment elements, which are at right angles to one another, move toward one another.
  • the wire ends can also be positioned by resting on just one of the two alignment elements, the wire ends are optimally held in position by clamping.
  • the positioning device thus becomes a clamping device.
  • the force element will be designed in such a way that the at least one end of the wire is clamped between the alignment element and the counter-alignment element.
  • the force element can also have a maximum force limiter in order to limit the load on the wire ends.
  • the fact that the positioning device can comprise a plurality of positioning units also contributes to the fact that the maximum force of each positioning unit can be kept smaller.
  • the positioning device comprises a plurality of positioning units which are arranged in a ring around a center and the direction of displacement is not directed towards the center. This means that the positioning force that acts on the wire ends is not directed to the center either. Due to the angle between the direction of displacement and the straight edge portions of the through holes, the wire ends become simultaneous aligned in both radial and tangential directions. The direction of the force causing the displacement is oblique to the edge portions.
  • the tangent to the displacement path has an angle of less than 70°, in particular an angle of 10° to 45°, to the radius of the ring-shaped arrangement.
  • the proportion of force that is applied to the wire ends in the radial or tangential direction can be optimized and, for example, the compression of the longitudinal sides of two wire ends can be increased by increasing the proportion of force in the radial direction.
  • Angles of 30° to 45° between the axis of displacement and the radius of the ring-shaped arrangement are particularly preferred, since the force components in the radial and tangential directions are approximately the same here.
  • the force applied by the opening mechanism can be adjusted individually in each case.
  • neighboring positioning units can be activated independently of one another and do not influence one another. Influencing the force effect of the force element via the opening mechanism can also prevent the aligning elements and/or the wire ends from being damaged in the event of misalignments of the wire ends.
  • each alignment element comprises at least one through-hole or opening, which is designed to enclose at least one wire end.
  • a through hole or opening is preferably designed to include two or three wires.
  • the number of passage recesses or openings in each layer preferably corresponds to the number of wire end groups to be positioned consisting of two or three wire ends.
  • each alignment element comprises nine through-holes or openings.
  • Each clamping unit positions and clamps as few wire ends as possible. This reduces the tension forces within one unit and reduces the risk of damage or unwanted deformation of the wires.
  • another aspect of the invention relates to a positioning device for positioning wire ends when manufacturing an electrical machine, comprising a) at least one positioning unit, which b) has an alignment element and a counter-alignment element, which are in two parallel positions arranged one above the other and can be displaced relative to one another along a displacement path, whereby they are at least partially superimposed or can be superimposed, c) wherein the alignment element has at least one through-hole and the counter-alignment element has at least one counter-through-hole, which are arranged and designed in such a way that a clear positioning passage remains perpendicular to the two layers of the alignment element and the counter-alignment element, through which at least one end of the wire can extend and whose cross section, in particular its cross-sectional area, through a displacement of the alignment and counter-alignment elements relative to one another can be changed, d) the alignment element and/or the counter-alignment element having a heat dissipation contact at least in the region
  • the closed alignment elements fit as precisely as possible on the wire ends (in particular also enclosing the wire ends), but also contributes to better heat transmission. Because when using the positioning device in processes with heat generation fertil at the wire ends, at least part of this heat must be able to be dissipated via the device in order to avoid damage to the workpiece to be machined, in particular a component of an electrical machine. This is because the wires to be processed often have a coating which melts and is damaged if the temperatures are too high. For good heat dissipation via the alignment element and/or the counter-alignment element, the contact surface as a heat dissipation contact between the wire and the alignment element must be as large as possible. The end faces of the alignment elements surrounding the wire ends must therefore be positioned as close as possible to the wire ends and adapted to their contour. They are also influenced by the thickness of the sheet metal used for the alignment elements.
  • the material of the device in particular the alignment elements, also has a major influence on the heat balance, since materials with high thermal conductivity promote heat dissipation from the point of origin.
  • the heat dissipation contact is made of a more thermally conductive material than the steel commonly used for the alignment elements.
  • the material of the heat dissipation contact preferably comprises copper, copper alloys, in particular CuCrZr, or aluminium, aluminum alloys, in particular AlZnMgCu.
  • the heat dissipation contact can also be designed as a coating of the alignment elements on the entire surface or only parts thereof with a material with high thermal conductivity such as copper. It is also advantageous to apply several layers to a component, in particular a layer of graphite and a layer of copper. As a result, the thermal conductivity can also be improved.
  • a surface of the positioning device can have a diamond-like coating, at least in a partial area Carbon (Diamond-Like Carbon, DLC) included to avoid sticking of deposits from the processing of the wire ends.
  • the surface can be that surface of the alignment element which points in the direction of the wires to be processed.
  • the positioning device can include a base plate.
  • the base plate can have a large number of openings, which have a larger circumference on the side facing the machine element than on the side facing the alignment elements. This closing disk can cover gaps and openings between the alignment elements and prevent contamination, such as welding spatter, from getting into the electrical machine.
  • the base plate can also function as a heat dissipation contact.
  • a positioning device for positioning wire ends of an electrical machine in which the wire ends are present in groups of two or more wire ends, comprising a first layer comprising an alignment element A or a plurality thereof; a second layer comprising a mating alignment element B or a plurality thereof; each alignment element having one or more apertures adapted to enclose at least two wire ends; each opening having at least two edges which are at right angles to each other; the alignment elements are arranged in such a way that the wire ends to be positioned can be guided through the openings of one alignment element each of the first and of the second layer; whereby the force on each alignment element A and/or B can be controlled individually by an opening mechanism.
  • the electrical machine is preferably an electric motor, in particular a stator.
  • the device according to the invention for positioning wire ends of an electrical machine is preferably used for a method for welding the wire ends.
  • the method according to the invention for positioning and processing wire ends in the manufacture of an electrical machine comprises the following steps: a) providing a positioning device according to one of the preceding claims; b) passing a wire end through the positioning passage; c) aligning the end of the wire by displacing the aligning element and the counter-aligning element relative to one another; d) processing the end of the wire, in particular with an energy beam.
  • the processing of the wire end in step d) preferably includes the welding of two or more wire ends with an electron beam.
  • the two straight edge sections which are provided both on the alignment element and on the counter-alignment element, preferably run in such a way that the edge sections run at an oblique angle to the direction of displacement, especially towards the end of the displacement path.
  • a force that deviates from the perpendicular to the edge sections acts on the wire ends, especially at the end of the displacement.
  • This causes a positioning force to act on the hairpins both in the radial and in the tangential direction in relation to an axis of rotation of the electrical machine.
  • the direction of displacement can preferably run approximately diagonally to the straight edge sections.
  • the direction of displacement can also deviate from the diagonal by approximately plus plus/minus 20°, preferably approximately plus/minus 10°.
  • the fundamental idea behind the invention can also be expressed by the fact that, in the case of a plurality of positioning units arranged in a ring, the direction of displacement of each individual positioning unit runs at an angle to the radial direction of the respective positioning unit, especially at the end of the displacement, with the Shifting direction also deviates from the tangential direction at the same time.
  • the angle can in particular be between approximately 10° and 80°, in particular between approximately 30° and 60°, preferably between approximately 40° and 50°.
  • the angle is around 45°, because then the positioning force at the end is about the same in radial and tangential directions.
  • FIG. 1 a schematic illustration of a side view of a machine element and a positioning device
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a plan view of the positioning device according to the invention
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an alignment element
  • FIG. 4 embodiments of the openings in the alignment elements
  • FIG. 5a shows a positioning unit in the open state
  • FIG. 5b shows a positioning unit in the closed state
  • FIG. 6a shows a schematic representation of a side view of a further embodiment of a positioning device for positioning wire ends with lateral orientation
  • FIG. 6b shows a schematic representation of a plan view of the positioning device for positioning wire ends with lateral orientation
  • FIG. 7a shows a schematic representation of a side view of a further embodiment of a positioning device for positioning wire ends of a linear motor
  • FIG. 7b shows a schematic representation of a plan view of the positioning device for positioning wire ends of a linear motor
  • FIG. 8 is a plan view of a positioning unit with recesses.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the device 10 according to the invention in a mounted state on a machine element 12.
  • the machine element 12 shown purely by way of example in FIG. 1 is a stator of an electric motor.
  • a stator is typically formed from a winding of a plurality of wires 14 .
  • these wires are formed in a hairpin shape and are also referred to as hairpins.
  • These hairpins consist in particular of a copper wire which, in the embodiment shown in FIG. 1, is designed as a flat wire with a rectangular cross section and is coated with an insulating lacquer.
  • Hairpins typically have a bent portion and two wire ends and are shaped to a precisely predetermined shape to make the winding of the stator as tight as possible. Due to the winding of the hairpins and the relatively large wire thickness considerable force is required to push the wire ends 14 into an appropriate position to perform high quality machining on the wire ends.
  • a multi-part positioning device 10 is mounted on the element 12 to be machined Statorele.
  • the positioning device 10 has a base plate 20 as the bottom layer, which serves as a del bamboo for the wire ends 14 to be inserted.
  • the base plate 20 protects the stator from contamination caused by machining and gives the positioning device 10 stability.
  • the alignment elements 22a, 22b can be formed from metal sheets with a thickness of approximately 1-5 mm.
  • the alignment elements 22a of the first layer 18 and the counter-alignment elements 22b of the second layer 16 are arranged symmetrically in a ring around a center 28 which, when the positioning device 10 is in the assembled state, coincides with a central axis of the stator 12 .
  • the alignment elements 22a and 22b essentially have the shape of a cake segment, with an area around the center 28 remaining free and the tip of the cake segments thus missing.
  • the alignment members 22a and 22b have a plurality of through openings 24 to receive the wire ends 14 of the stator 12 to be positioned.
  • the through-openings 24a, 24b can also be designed as through-holes 24a, 24b, which are open on one side, for example by the alignment elements 22a and 22b comprising fingers pointing towards the center 28, as shown in FIG. 8, on which the through-holes 24a, 24b are arranged laterally .
  • FIG. 3 shows a single positioning unit 13 in detail. It can be seen that the positioning unit 13, in addition to the alignment element 22a and the alignment element 22b, also has a passive power element 26 has. In this embodiment, a spring was selected as the passive force element 26, which elements 22a and 22b provides the force 34 for a displacement of the alignment elements 22a and 22b in order to close the positioning unit 13.
  • the passive force element 26 is positioned in such a way that the straight edge sections 30a, 30b of the through-openings 24a, which are at right angles to one another, and the two straight edge sections 30c, 30d of the counter-through opening 24b in the two alignment elements 22a and 22b approach one another move.
  • Each opening 24a, 24b of the alignment elements 22a, 22b here has at least two straight edge sections 30a, 30b, 30c, 30d, which are at right angles to one another.
  • the mutually perpendicular edge sections 30a, 30b of the alignment element 22a of the first layer 18 lie against two surfaces of a group of two or more wire ends 14 during the positioning and clamping process.
  • a through-hole 24 has a rectangular shape, which has three strongly rounded corners and one less rounded corner.
  • edge sections i.e. end faces of the alignment elements 22a, 22b, which adjoin the less strongly rounded corner, rest against the wire ends 14 in the closed state.
  • the two edge portions 30a and 30c are arranged parallel to the tangents 70 of the circumference of the positioning device 10.
  • FIG. If the wire ends 14 of the electrical machine 12 to be processed are arranged differently, the through-openings 24 of the alignment elements 22a, 22b must also be adapted.
  • the through openings 24 of the alignment elements 22a, 22b can be configured in different shapes (see FIG. 4). In addition, the through-openings 24 of the alignment element 22a can differ from those of the counter-alignment element 22b.
  • Figure 4a shows a rectangular opening 24.
  • the rectangular opening 24 may be rounded at all corners (Figure 4b), or at only two (Figure 4c).
  • the opening 24 has only one corner with two adjoining straight edge sections 30a, 30b and is otherwise teardrop-shaped (see FIG. 4d).
  • the adjoining edge sections must be long enough to enclose two sides of the wires 14 .
  • the vertical end faces of the openings 24 of the alignment element 22b of the second layer 16 lie opposite the vertical end faces of the alignment element 22a of the first layer 18, respectively.
  • the alignment elements 22b of the second layer 16 can move on the same linear axis 34 of the alignment elements 22a of the first layer 18, but in opposite directions, during positioning and clamping. But they can also be fixed.
  • the linear axis 34, along which the displacement path of the alignment elements 22a, 22b runs, is defined by two elongated holes 35. It would be conceivable here to design the elongated holes 35 in a curved manner, so that the displacement path no longer runs in a straight line.
  • the linear movement of the alignment elements 22a, 22b of the first and/or second layer 18, 16 is carried out until the four surfaces of the group of wire ends 14 are enclosed by two sides of the openings 24 in the two alignment elements 22a, 22b and block further movement of the alignment members 22a, 22b.
  • FIG. 5a shows a clamping device in the open state.
  • the number of openings 24 corresponds to the number of pairs of wire ends 14 to be positioned.
  • the alignment elements 22a of the first layer 18 can be displaced linearly with respect to the alignment elements 22b of the second layer 16. The displacement takes place at an oblique angle to the edges 30.
  • the spring is arranged as a force element 26 so that the direction of the force 34, which causes the displacement, and thus also the axis of displacement of the alignment elements 22a, 22b, an angle of 45 ° each has the edge portions 30a, 30b, 30c, 30d.
  • the edge portion 30b runs parallel to the radius of the positioning device 10, therefore the displacement also runs along an angle of 45° to the radius.
  • the movement of the alignment elements therefore runs neither in order circumferential direction 38 nor radially 36 to the symmetrical arrangement.
  • the direction 34 of linear movement is inclined at an angle to the edge sections 30a, 30b, 30c, 30d and does not pass through the center 28 of the symmetrical arrangement.
  • FIG. 5b This can be seen in FIG. 5b above all from a smaller cross-sectional area of a clear positioning passage 99 than in FIG. 5a through the passage openings 24a, 24b of the two alignment elements 22a, 22b.
  • Adjacent positioning units 13 work independently and do not influence each other.
  • openers are used, which are moved centrally via a cam disk (not shown).
  • the number of openers corresponds to the number of positioning units 13.
  • the force element 26 or the force elements 26 are permanently closed. This means that the spring force of the force element 26 acts permanently on the wire.
  • Each positioning unit 13 positions and tensions the smallest possible number of wire ends 14. As a result, the positioning forces within a positioning unit 13 are kept as low as possible. The positioning force of a positioning unit 13 therefore does not lead to damage or unwanted deformation of a large number of wire ends 14 in the event of a fault.
  • FIG. 6 shows a further embodiment of the device according to the invention.
  • This positioning device 50 positions wire ends 14 which are not as shown in FIG 1 must be processed from above on a stator 12, but from the side. The end faces of the wire ends 14 to be processed thus show radially outwards.
  • the positioning device 50 can have an alignment element in the form of a ring with lateral openings 24 or a multiplicity of alignment elements arranged in a ring.
  • the second layer 16 is represented here by an alignment element 22b, which can also have the shape of a ring or a multiplicity of elements , but with a smaller radius. That is, the layers of the alignment elements 22a, 22b arranged parallel one above the other according to the wording of the claim can also be curved and arranged one above the other in the radial direction of the stator 12.
  • the outer wall surface of the ring is adjacent to the inner wall surface of the stator 12 .
  • the wire ends 14 are passed through the openings 24 located in the wall surfaces.
  • the shape of the openings 24 and the direction in which the alignment elements are displaced relative to one another correspond to the embodiments described in FIGS. 1-5.
  • the displacement between the alignment elements 22a, 22b is in turn effected by at least one passive force element 26.
  • Figure 7 shows a positioning device 60 according to the invention for positioning wire ends of a linear motor 62.
  • the alignment elements 22a, 22b of the first layer 18 and the second layer 16 are not arranged in a ring around a center 28, but along a straight or curved path.
  • FIG. 7 shows a large number of alignment elements 22a and 22b.
  • the positions 16, 18 can also be represented by individual alignment elements 22a, 22b adapted to the course of the linear motor 12.
  • the shape of the openings and the direction of displacement of the alignment elements relative to one another corresponds to that of the embodiments described in FIGS. 1-6.
  • the positioning method according to the invention works as follows:
  • the positioning device 10 is placed on an electric machine 12 and the wire ends 14 protruding therefrom are passed through the openings 24 in groups.
  • the alignment elements 22a, 22b are clamped using an opening/closing unit in such a way that the direction of displacement of the alignment elements relative to one another runs at an oblique angle to the edge sections 30a, 30b, 30c, 30d. This aligns the wire ends 14 to a precise position.
  • the electrical machine 12 can then be relocated together with the mounted positioning device 10 for further processing in a process chamber.
  • the wire ends 14 are processed there.
  • the wire ends 14 are treated with an energy beam, in particular with an electron beam. Processing may include welding, cutting, and/or stripping wire ends 14 of insulation.

Landscapes

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Abstract

A positioning device (10; 50; 60) for positioning wire ends (14) during the production of an electric machine (12) has a positioning unit (13), which has an aligning element (22a) and a mating aligning element (22b) which are arranged above one another in two parallel planes (16, 18) and are movable relative to one another along a movement path (34), wherein they at least partly overlap or are able to overlap. The aligning element (22a) has at least one passage cutout (24a) and the mating aligning element (22b) has at least one mating passage cutout (24b), which are arranged and designed in such a way that a clear positioning passage (99) remains perpendicular to the two planes (16, 18) of the aligning element (22a) and the mating aligning element (22b), through which positioning passage the at least one wire end (14) can extend and the cross-sectional area of which can be changed by way of a movement of the aligning and the mating aligning elements (22a, 22b) with respect to one another. In order to cause as little damage as possible to the wire ends, the at least one passage cutout (24a) on the aligning element (22a) and the at least one mating passage cutout (24b) on the mating aligning element (22b) each have two straight edge sections (30a, 30b, 30c, 30d) which run at an oblique angle to the direction of the movement in the respective plane (16, 18).

Description

Positioniervorrichtung und Verfahren zum Positionieren von Drahtenden bei der Herstellung einer elektrischen Maschine Positioning device and method for positioning wire ends in the manufacture of an electrical machine
HINTERGRUND DER ERFINDUNG BACKGROUND OF THE INVENTION
1. Gebiet der Erfindung 1. Field of the Invention
Die Erfindung betrifft eine Positioniervorrichtung zum Positionieren von Drahtenden bei der Herstellung einer elektrischen Maschine. The invention relates to a positioning device for positioning wire ends when manufacturing an electrical machine.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Positionieren und Bearbeiten von Drahten den bei der Herstellung einer elektrischen Maschine. The invention also relates to a method for positioning and processing wires in the manufacture of an electrical machine.
2. Beschreibung des Standes der Technik Bei der Herstellung von elektrischen Maschinen, wie beispielsweise Elektromotoren, Gene ratoren und/oder Transformatoren, müssen in bestimmten Baugruppen Drähte, welche als elektrische Leiter beispielsweise in Spulen von Statoren und/oder Rotoren verwendet wer den, angeordnet und bearbeitet werden. 2. Description of the prior art In the manufacture of electrical machines, such as electric motors, generators and/or transformers, wires that are used as electrical conductors, for example in coils of stators and/or rotors, must be arranged and arranged in certain assemblies to be edited.
Im Gegensatz zu den aus Schulbüchern bekannten Beispielen solcher Baugruppen werden bei marktüblichen elektrischen Maschinen häufig anstatt eines durchgehenden einzelnen Drahtes eine Vielzahl von Drähten verwendet und optimierte Wicklungstechniken ange wandt, um vor allem ein möglichst optimales elektromagnetisches Feld zu erzeugen. Die einzelnen Drähte müssen dann an ihren Drahtenden untereinander verbunden werden, um die gewünschte Wicklung zu erzeugen. Insbesondere bei der Wicklung von Statoren von Elektromotoren kommen heutzutage vermehrt Flachdrähte wie Hairpins oder I-Pins zum Einsatz. In contrast to the examples of such assemblies known from textbooks, commercially available electrical machines often use a large number of wires instead of a continuous single wire and optimized winding techniques are applied in order to generate the best possible electromagnetic field. The individual wires must then be connected to one another at their wire ends in order to create the desired winding. Flat wires such as hairpins or I-pins are increasingly being used nowadays, particularly in the winding of stators for electric motors.
Derartige Flachdrähte weisen typischerweise einen gebogenen meist zentralen Bereich so wie zwei Drahtenden auf und sind in einer genau vorbestimmten Form gestaltet, um die Wicklung des Stators möglichst eng auszuführen. In einem oder mehreren weiteren Pro zessschritten werden die Drahtenden der einzelnen Flachdrähte dann untereinander ver bunden. Such flat wires typically have a curved mostly central portion as well as two wire ends and are designed in a precisely predetermined shape to the Make the stator winding as tight as possible. In one or more further process steps, the wire ends of the individual flat wires are then connected to one another.
Bei sämtlichen Prozessschritten, in welchen die Drahtenden weiterverarbeitet werden, müssen die Drahtenden mit höchster Präzision zueinander positioniert werden, um Her stellungsfehler zu vermeiden. Zu derartigen Prozessschritten, die eine präzise Positionie rung benötigen, gehören Schritte wie das Entisolieren, das Schneiden und/oder das Fügen der Drahtenden, wobei beim Fügen vor allem an Schweißen und Löten zu denken ist. In all process steps in which the wire ends are further processed, the wire ends must be positioned relative to each other with the greatest precision in order to avoid manufacturing errors. Such process steps, which require precise positioning, include steps such as stripping, cutting and/or joining the wire ends, with welding and soldering being the main things to think of when joining.
Hinsichtlich der Positionierung der Drahtenden hat sich jedoch gezeigt, dass durch die Wicklung der Drähte und der zum Teil relativ großen Drahtdicke eine beträchtlicheWith regard to the positioning of the wire ends, however, it has been shown that due to the winding of the wires and the sometimes relatively large wire thickness, a considerable
Krafteinwirkung nötig ist, um die Drahtenden in eine geeignete Position zu drücken, um die weiteren Prozessschritte durchführen zu können. Force is required to push the wire ends into a suitable position in order to be able to carry out the further process steps.
Aus dem Stand der Technik ist daher bekannt, eine mehrteilige Spannvorrichtung auf der zu bearbeitenden Baugruppe, wie einem Stator, zu montieren, mit welcher die Drahtenden positioniert werden. It is therefore known from the prior art to mount a multi-part clamping device on the assembly to be processed, such as a stator, with which the wire ends are positioned.
Derartige Spannvorrichtungen umfassen zwei aufeinander liegende und zueinander ver drehbare Scheiben, die jeweils miteinander fluchtende Öffnungen zur Durchführung aller Drahtenden aufweisen. Nachdem die Drahtenden durch die Öffnungen hindurch geführt wurden, werden die Scheiben verdreht, sodass die Drahtenden zwischen den nunmehr we- niger überlappenden Öffnungen eingeklemmt werden. Clamping devices of this type comprise two disks which lie one on top of the other and can be rotated in relation to one another and which each have aligned openings for the passage of all wire ends. After the wire ends have been fed through the openings, the discs are twisted so that the wire ends are clamped between the now less overlapping openings.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass zum Betätigen der Spannvorrichtung sehr hohe Kräfte notwendig sind, die zur Beschädigung einzelner Drahtenden führen können. Zudem blo ckieren die Scheiben, sobald ein Drahtende Maßabweichungen oder Fehlstellungen auf weist und nicht alle Drahtenden werden vollständig umschlossen. Weitere im Markt bekannte Spannvorrichtungen, welche kleinteilige Blechsegmente zum Spannen nutzen, benötigen in mindestens drei Lagen angeordnete Blechsegmente, um die Drahtenden in Position zu bringen. Dies bedingt einen materiellen Mehraufwand sowie eine schwierigere Handhabung der Spannvorrichtung durch die Vielteiligkeit. Zudem ha ben derartige Spannvorrichtungen bei gleich dicken Blechsegmenten eine um 50% grö ßere Dicke, da anstatt nur zwei Lagen drei Lagen zum vollständigen Umschließen der Drahtenden nötig sind. Um dieses Maß muss bei der Verwendung derartiger Spannvor- richtungen die Länge der Drahtenden der elektrischen Maschine größer ausfallen. However, it has been shown that very high forces are required to actuate the tensioning device, which can lead to damage to individual wire ends. In addition, the discs block as soon as one wire end shows dimensional deviations or misalignment and not all wire ends are completely enclosed. Other clamping devices known on the market, which use small sheet metal segments for clamping, require sheet metal segments arranged in at least three layers in order to bring the wire ends into position. This requires additional material expenditure as well a more difficult handling of the clamping device due to the many parts. In addition, with sheet metal segments of the same thickness, such clamping devices have a thickness that is 50% greater, since instead of just two layers, three layers are required to completely enclose the wire ends. When using such clamping devices, the length of the wire ends of the electrical machine must be greater by this amount.
Andere Spannvorrichtungen sind als aufwendige Konstruktionen mit Einzelgreifern für die jeweiligen Drahtenden ausgestaltet. Allerdings sind hier der große Platzbedarf und die ho hen Kosten von Nachteil. Other clamping devices are designed as complex constructions with individual grippers for the respective wire ends. However, the large space requirement and the high costs are disadvantages here.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG SUMMARY OF THE INVENTION
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher eine Positioniervorrichtung zum Positionie- ren der Drahtenden bei der Herstellung einer elektrischen Maschine anzugeben, welche einigen der oben genannten Nachteile Rechnung trägt. Insbesondere soll die Positionier vorrichtung in der Lage sein, das Positionieren der Drahtenden mit verbesserter Prozesssi cherheit zu gewährleisten. The object of the present invention is therefore to specify a positioning device for positioning the wire ends when producing an electrical machine, which takes some of the disadvantages mentioned above into account. In particular, the positioning device should be able to ensure the positioning of the wire ends with improved process safety.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Positioniervorrichtung zum Positi- onieren von Drahtenden bei der Herstellung einer elektrischen Maschine, umfassend a) mindestens eine Positioniereinheit, die b) ein Ausrichtelement und ein Gegenausrichtelement aufweist, die in zwei Lagen übereinander angeordnet und entlang eines Verschiebepfades relativ zueinander verschiebbar sind, wobei sie sich zumindest teilweise überlagern oder überlagern lassen, c) wobei das Ausrichtelement mindestens eine Durchgangsausnehmung aufweist und das Gegenausrichtelement mindestens eine Gegendurchgangsausnehmung auf weist, welche derart angeordnet und ausgelegt sind, dass ein lichter Positionier durchgang senkrecht zu den beiden Lagen des Ausrichtelements und des Gegen- ausrichtelements verbleibt, durch welchen sich mindestens ein Drahtende hindurch erstrecken kann und dessen Querschnitt, insbesondere dessen Querschnittsfläche, durch eine Verschiebung der Ausricht- und Gegenausrichtelemente zueinander veränderbar ist, wobei d) die mindestens eine Durchgangsausnehmung an dem Ausrichtelement und die mindestens eine Gegendurchgangsausnehmung an dem Gegenausrichtelement je weils zwei geradlinige Randabschnitte aufweisen, die in der jeweiligen Lage schief winklig zur Richtung der Verschiebung verlaufen. According to the invention, this object is achieved by a positioning device for positioning wire ends when producing an electrical machine, comprising a) at least one positioning unit, which b) has an alignment element and a counter-alignment element, which are arranged in two layers one above the other and along a displacement path relative to one another are displaceable, whereby they are at least partially superimposed or can be superimposed, c) wherein the alignment element has at least one through-hole and the counter-alignment element has at least one counter-through-hole, which are arranged and designed in such a way that a clear positioning passage is perpendicular to the two layers of the alignment element and the counter alignment element remains, through which at least one end of the wire can extend and whose cross-section, in particular its cross-sectional area, can be changed relative to one another by shifting the alignment and counter-alignment elements, wherein d) the at least one through-hole on the alignment element and the at least one counter-through-hole on the counter-alignment element each have two straight edge sections, which in the respective position run obliquely at an angle to the direction of displacement.
Die Erfinder haben erkannt, dass es für eine verbesserte Positionierung der Drahtenden wichtig ist, in welcher Richtung das Ausrichtelement und das Gegenausrichtelement zuei- nander im Hinblick auf zwei geradlinige Randabschnitt der Durchgangsausnehmung und der Gegendurchgangsausnehmung verschoben werden. The inventors have recognized that for improved positioning of the wire ends it is important in which direction the alignment element and the counter-alignment element are shifted relative to one another with regard to two straight edge sections of the through-hole and the counter-through-hole.
Grundsätzlich arbeiten die Positioniereinheiten der erfindungsgemäßen Positioniervorrich tung mit zwei meist im Wesentlichen plattenförmigen (ggf. auch gekrümmten) Ausrich telementen, dem Ausrichtelement und dem Gegenausrichtelement. An diesen sind jeweils zusammenarbeitende Durchgangsausnehmungen und Gegendurchgangsausnehmungen vorgesehen, welche in einer Schließposition zusammen einen lichten Positionierdurchgang durch beide Ausrichtelemente hindurch bereitstellen. In principle, the positioning units of the positioning device according to the invention work with two mostly essentially plate-shaped (possibly also curved) alignment elements, the alignment element and the counter-alignment element. Cooperating through-holes and counter-through-holes are provided on these, which together provide a clear positioning passage through both alignment elements in a closed position.
Die Durchgangsausnehmungen wiederum weisen mindestens zwei geradlinige Randab schnitte auf, die als Stirnflächen der Ausrichtelemente an den zu positionierenden Drah- tenden anliegen können, wenn die zu positionierenden Drahtenden, die häufig zu einzel nen Drahtendengruppen von zwei oder mehr zu positionierenden Drahtendengruppen vorliegen, durch die jeweiligen Durchgangsausnehmungen und Gegendurchgangsausneh mungen geführt werden. Die Randabschnitte eines Ausrichtelements sind dabei so zuei nander angeordnet, dass sie grob entgegen der Verschieberichtung der Ausrichtelemente zusammenlaufen. D.h. der lichte Positionierdurchgang verkleinert sich durch die Verschie bung der beiden Ausrichtelemente gegeneinander. Wird nun der Verschiebepfad so gewählt, dass die Richtung des Verschiebepfades schief winkelig, d.h. nicht parallel und nicht senkrecht, zu den beiden geradlinigen Randabschnit ten verläuft, so wirkt auf die Drahtenden eine Kraft, welche diese nach und nach beim Übergang der Ausrichtelemente in die Schließposition an die gewünschte Stelle bewegt, wobei die Drahtenden aber noch entlang der Randabschnitte entlang gleiten können. The through-holes in turn have at least two straight edge sections, which can rest as end faces of the alignment elements on the wire ends to be positioned when the wire ends to be positioned, which are often present as individual wire end groups of two or more wire end groups to be positioned, through the respective Passage recesses and counter passage recesses are performed. The edge sections of an alignment element are arranged in relation to one another in such a way that they converge roughly in the opposite direction to the displacement direction of the alignment elements. This means that the clear positioning passage is reduced by the displacement of the two alignment elements against each other. If the displacement path is selected in such a way that the direction of the displacement path runs at an oblique angle, i.e. not parallel and not perpendicular, to the two straight edge sections, a force acts on the wire ends, which force gradually moves them when the alignment elements move into the closed position moved to the desired location while still allowing the wire ends to slide along the edge portions.
Die senkrechten Stirnflächen der Randabschnitte des Ausrichtelements legen sich somit analog zu denjenigen des Gegenausrichtelements an zwei gegenüberliegenden Flächen der gruppierten Drahtenden an. Durch das Zusammenwirken der beiden Randabschnitte einer Durchgangsausnehmung mit den beiden Randabschnitten der zugehörigen Gegen- durchgangsausnehmung wird also gegen Ende des Positioniervorgangs die Position der Drahtenden festgelegt. The vertical end faces of the edge sections of the alignment element thus rest analogously to those of the counter alignment element on two opposite surfaces of the grouped wire ends. Through the interaction of the two edge sections of a through-hole with the two edge sections of the associated counter-through hole, the position of the wire ends is fixed towards the end of the positioning process.
Die Bewegung der Ausrichtelemente der ersten und zweiten Lage wird somit so lange aus geführt, bis die vier Flächen des Drahtendes oder der Drahtendengruppe von jeweils zwei Seiten der Durchgangsausnehmungen in den beiden Ausrichtelementen umschlossen sind und eine weitere Bewegung der Ausrichtelemente blockieren. The movement of the alignment elements of the first and second layer is thus carried out until the four surfaces of the wire end or the wire end group are surrounded by two sides of the through-holes in the two alignment elements and block further movement of the alignment elements.
Grundsätzlich muss für den Erfindungsgedanken die Verschiebung der beiden Ausrichtele mente zueinander nur zumindest eine Richtungskomponente entlang der beiden überei nander angeordneten Lagen aufweisen, um die Verschiebung in eine Schließstellung zu bewirken. D.h. die Ausrichtelemente könnten sich gleichzeitig auch derart schräg aufeinan- der zu bewegen, dass sich die Lagen der beiden Ausrichtelemente aufeinander zu bewe gen. Vorzugsweise wird der Verschiebepfad jedoch vollständig parallel zu den beiden La gen der Ausrichtelemente verlaufen. In principle, the displacement of the two alignment elements relative to each other must have at least one directional component along the two layers arranged one above the other in order to bring about the displacement into a closed position. That is to say, the alignment elements could simultaneously also move obliquely towards one another in such a way that the layers of the two alignment elements move towards one another. However, the displacement path will preferably run completely parallel to the two layers of the alignment elements.
Als Richtung des Verschiebepfades kann die Tangente an den Verschiebepfad angesehen werden. Durch die Wahl des schiefen Winkels können die Drahtenden mit nur zwei Lagen an Aus richtelementen genau positioniert werden. Die Vorrichtung kann daher deutlich leichter und flacher hergestellt werden und die insgesamt angewandte Kraft, die für die Positionie rung nötig ist, kann verringert werden. Zudem können vorzugsweise mehrere Positioniereinheiten vorgesehen werden, sodass zur Positionierung einer gleichen Anzahl von Drahtenden innerhalb einer Positioniereinheit weniger Kraft angewandt werden muss, da sich dann die Anzahl der notwendigen Durch gangsausnehmungen je Positioniereinheit reduzieren lassen. Insbesondere können aber auch auftretende Maßabweichungen von zu bearbeitenden Drähten ausgeglichen werden. Durch eine verbesserte Wärmeableitung und eine kom pakte Bauweise der Vorrichtung kann der Materialverbrauch durch Drähte der elektrischen Maschine reduziert werden. The tangent to the displacement path can be viewed as the direction of the displacement path. By choosing the oblique angle, the wire ends can be precisely positioned with just two layers of aligning elements. The device can therefore be made significantly lighter and flatter, and the total applied force required for positioning can be reduced. In addition, a plurality of positioning units can preferably be provided, so that less force has to be applied to position an equal number of wire ends within a positioning unit, since the number of through-holes required per positioning unit can then be reduced. In particular, however, any dimensional deviations that occur in the wires to be processed can also be compensated for. Improved heat dissipation and a compact design of the device can reduce material consumption by wires of the electrical machine.
Als Positionieren der Drahtenden kann sowohl das positionieren der Drahtenden zueinan- der, z.B. das Zusammenpressen von zwei Drahtenden, betrachtet werden, als auch das Po sitionieren der Drahtenden relativ zu anderen Drahtenden oder anderen Komponenten der elektrischen Maschine. Both the positioning of the wire ends relative to one another, e.g. pressing two wire ends together, and the positioning of the wire ends relative to other wire ends or other components of the electrical machine can be regarded as positioning of the wire ends.
Für die Erfindung kommt es grundsätzlich nicht darauf an, ob das Gegenausrichtelement gegenüber einem ortsfest angeordneten Ausrichtelement verschoben wird oder umge- kehrt, da die beiden Ausrichtelemente nur relativ zueinander verschiebbar sein müssen. Besonders vorteilhaft kann die Positioniereinheit sogar schwimmend gegenüber den Drahtenden gelagert sein, sodass beide Ausrichtelemente sich bei der Verschiebung zuei nander bewegen und sich die Positioniereinheit selbst über eine Vielzahl von Drahtenden bezüglich des Bauteils der elektrischen Maschine anordnet. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Verschiebepfad geradlinig ist. In principle, it is not important for the invention whether the counter-alignment element is displaced relative to a stationary alignment element or vice versa, since the two alignment elements only have to be displaceable relative to one another. Particularly advantageously, the positioning unit can even be mounted in a floating manner in relation to the wire ends, so that both alignment elements move relative to one another during the displacement and the positioning unit arranges itself over a large number of wire ends with respect to the component of the electrical machine. Provision is preferably made for the displacement path to be rectilinear.
Obwohl grundsätzlich auch gekrümmte oder mäandrierende Verschiebepfade denkbar sind, stellt eine lineare Bewegung des Ausrichtelements zum Gegenausrichtelement eine einfachere Konstruktion dar. Although, in principle, curved or meandering displacement paths are also conceivable, a linear movement of the alignment element relative to the counter-alignment element represents a simpler construction.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die beiden geradlinigen Randabschnitte der mindes- tens einen Durchgangsausnehmung und/oder der Gegendurchgangsausnehmung senk recht zu einander verlaufen. Dadurch sind können die geradlinigen Randabschnitte optimal an Drahtenden mit recht eckigem oder quadratischem Querschnitt anliegen. Die senkrechten Stirnflächen der Randabschnitte des Ausrichtelementes können sich so während des Positioniervorganges plan an zwei Flächen von zu positionierenden Drahtenden anlegen. An den noch übrigen zwei Flächen der zu positionierenden Drahtenden liegen die Randabschnitte des Gegen- ausrichtelements an. Provision is preferably made for the two straight edge sections of the at least one through-hole and/or the counter-through hole to run perpendicular to one another. As a result, the straight edge sections can lie optimally on wire ends with a rectangular or square cross-section. During the positioning process, the vertical end faces of the edge sections of the alignment element can lie flat against two surfaces of the wire ends to be positioned. The edge sections of the counter alignment element bear against the two remaining surfaces of the wire ends to be positioned.
Vor allem bei Verwendung von Drahtenden mit rundem oder anderem (beispielsweise he xagonalem) Querschnitt können die Randabschnitte aber auch unter anderem Winkel auf einander zulaufen. Insbesondere müssen die geradlinigen Randabschnitte auch nicht di- rekt aneinander anschließen. So kann beispielsweise an einem gedachten Schnittpunkt der Randabschnitte die Durchgangsausnehmung eine konkav gebogene Verbindungsstelle aufweisen, in welcher beispielsweise kleinere Verletzungen der Kanten der Drahtenden aufgenommen werden können. Above all when using wire ends with a round or other (for example hexagonal) cross-section, the edge sections can also run towards one another at a different angle. In particular, the straight-line edge sections do not have to directly adjoin one another. For example, at an imaginary intersection of the edge sections, the through-hole can have a concavely curved connection point, in which, for example, minor injuries to the edges of the wire ends can be accommodated.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Durchgangsausnehmung und/oder die Gegen- durchgangsausnehmung eine Durchgangsöffnung ist. Provision is preferably made for the through-hole and/or the counter-through hole to be a through-hole.
Da für die Positionierung die beiden Ausrichtelemente der ersten und zweiten Lage Zusammenarbeiten, ist es grundsätzlich nicht notwendig, dass die Durchgangsausnehmung und/oder die Gegendurchgangsausnehmung einen vollständig geschlossenen Umfang ha ben. D.h. die Durchgangsausnehmungen können an den Ausrichtelementen randständig angeordnet sein. Eine Durchgangsöffnung hat jedoch den Vorteil, dass bei gleicher Dicke des jeweiligen Ausrichtelements höhere Kräfte ausgeübt werden können. Zudem können Bereiche um den lichten Positionierdurchgang herum gegebenenfalls besser abgedeckt werden. Since the two alignment elements of the first and second layers work together for the positioning, it is basically not necessary for the through-hole and/or the counter-through hole to have a completely closed circumference. I.e. the through-holes can be arranged at the edges of the alignment elements. However, a through opening has the advantage that higher forces can be exerted with the same thickness of the respective alignment element. In addition, areas around the clear positioning passage can optionally be better covered.
Jede Durchgangsöffnung kann somit zwei Randabschnitte aufweisen, welche vorzugsweise im rechten Winkel zueinander stehen. Die Öffnungen können beispielsweise rechteckig, quadratisch, dreieckig oder tropfenförmig ausgebildet sein. Die beiden geradlinigen Rand abschnitte können durch eine abgerundete Ecke verbunden sein. Die Form und/oder Größe der Öffnungen kann an die Form bzw. Größe der Drahtenden angepasst sein. Eine Positioniereinheit kann Ausnehmungen und/oder Öffnungen verschiedener Größen und Formen umfassen. Das Ausrichtelement und das Gegenausrichtelement können un terschiedlich große und/oder unterschiedlich geformte Öffnungen umfassen. Each passage opening can thus have two edge sections which are preferably at right angles to one another. The openings can be rectangular, square, triangular or drop-shaped, for example. The two straight edge sections can be connected by a rounded corner. The shape and/or size of the openings can be adapted to the shape or size of the wire ends. A positioning unit can comprise recesses and/or openings of different sizes and shapes. The alignment element and the counter-alignment element can comprise un differently sized and/or differently shaped openings.
Die Anzahl der Ausnehmungen und/oder Öffnungen pro Ausrichtelement und/oder pro Spanneinheit kann variieren. The number of recesses and/or openings per alignment element and/or per clamping unit can vary.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Durchgangsausnehmung und/oder die Gegen durchgangsausnehmung derart ausgestaltet sind, dass der Positionierdurchgang die min destens eine Drahtendengruppe vollständig umschließt. Provision is preferably made for the through-hole and/or the counter-hole to be designed in such a way that the positioning hole completely encloses at least one group of wire ends.
Dadurch wird eine sichere Positionierung gewährleistet. Vorzugsweise umschließen die Durchgangsausnehmung und/oder die Gegendurchgangsausnehmung die Drahtenden derart, dass außer dem lichten Positionierdurchgang kein weiterer lichter Durchgang mehr durch die beiden Ausrichtelement verbleibt, wenn sich die Positioniereinheit in einer Posi tionierstellung/Schließstellung befindet. Insbesondere verbleibt innerhalb der Außengren zen des Ausrichtelements und des Gegenausrichtelements kein lichter Durchgang mehr um die Drahtenden. This ensures safe positioning. The through-hole and/or the counter-hole recess preferably enclose the wire ends in such a way that, apart from the clear positioning passage, there is no further clear passage through the two alignment elements when the positioning unit is in a positioning position/closed position. In particular, no clear passage remains around the wire ends within the outer limits of the alignment element and the counter-alignment element.
Die Durchgangsausnehmungen der beiden Ausrichtelemente sind vorzugsweise so ausge legt, dass der Spalt zwischen Draht und Ausrichtelement im geschlossenen Zustand maxi mal 0,1 mm beträgt. Drähte mit Formabweichungen führen zu größeren Abständen. The through-holes of the two alignment elements are preferably designed in such a way that the gap between the wire and the alignment element when closed is a maximum of 0.1 mm. Wires with shape deviations lead to larger distances.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Verschiebung entlang des Verschiebepfades durch ein Kraftelement erzeugt wird. It is preferably provided that the displacement along the displacement path is generated by a force element.
Ein solches Kraftelement kann ein aktives Kraftelement wie ein Aktuator sein, z.B. ein Hyd raulik- oder Pneumatikkolben, ein Elektromotor oder dergleichen. Als Kraftelement kann aber auch ein passives Kraftelement wie z.B. eine Feder oder ein elastischer Materialblock dienen. Das Kraftelement kann auch ein Hebelgetriebe umfassen. Vor allem kann das passive Kraftelement im Grundzustand die beiden Ausrichtelemente in Schließstellung/Positionierstellung drücken. Zum Öffnen kann dann ein Öffnungsaktuator verwendet werden, der aktiv gegen die Federkraft des passiven Kraftelements arbeitet. Die Vorrichtung ist somit vorzugsweise normal geschlossen (normally closed, NC), das heißt, das Kraftelement übt im Grundzustand eine Kraft aus, um die Ausrichtelemente geschlos sen zu halten. Such a force element can be an active force element such as an actuator, eg a hydraulic or pneumatic piston, an electric motor or the like. However, a passive force element such as a spring or an elastic block of material can also serve as the force element. The power element can also include a lever mechanism. Above all, the passive force element can press the two alignment elements in the closed position/positioning position in the basic state. An opening actuator, which works actively against the spring force of the passive force element, can then be used for opening. the The device is thus preferably normally closed (normally closed, NC), that is, the force element exerts a force in the basic state in order to keep the alignment elements closed.
Vorzugsweise wird die Verschiebung des Ausrichtelements gegenüber dem Gegenausrich- telements einer Positioniereinheit durch ein gemeinsames Kraftelement verursacht. Pro Positioniereinheit ist somit jeweils ein Kraftelement so positioniert, das die jeweils im rech ten Winkel zueinander stehenden Randabschnitte der Durchgangsausnehmungen in den beiden Ausrichtelementen sich aufeinander zu bewegen. The displacement of the alignment element relative to the counter-alignment element of a positioning unit is preferably caused by a common force element. One force element is thus positioned per positioning unit in such a way that the edge sections of the through-holes in the two alignment elements, which are at right angles to one another, move toward one another.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Positioniereinheit als Spanneinheit arbeitet, indem das mindestens eine Drahtende zwischen dem Ausrichtelement und dem Gegenausrich- telement eingeklemmt wird. Provision is preferably made for the positioning unit to work as a tensioning unit, in that the at least one end of the wire is clamped between the alignment element and the counter-alignment element.
Obwohl die Drahtenden auch durch die Anlage an nur einem der beiden Ausrichtelemente positionierbar sind, werden die Drahtenden durch Klemmen optimal in Position gehalten. Die Positioniervorrichtung wird so zu einer Spannvorrichtung. Vor allem wird dazu das Kraftelement so ausgelegt sein, dass das mindestens eine Drahtende zwischen dem Aus richtelement und dem Gegenausrichtelement eingeklemmt wird. Although the wire ends can also be positioned by resting on just one of the two alignment elements, the wire ends are optimally held in position by clamping. The positioning device thus becomes a clamping device. Above all, the force element will be designed in such a way that the at least one end of the wire is clamped between the alignment element and the counter-alignment element.
Das Kraftelement kann zudem noch über eine Maximalkraftbegrenzung verfügen, um die Belastung für die Drahtenden zu begrenzen. The force element can also have a maximum force limiter in order to limit the load on the wire ends.
Auch die Tatsache, dass die Positioniervorrichtung mehrere Positioniereinheiten umfassen kann, trägt dazu bei, dass die Maximalkraft einer jeden Positioniereinheit kleiner gehalten werden kann. The fact that the positioning device can comprise a plurality of positioning units also contributes to the fact that the maximum force of each positioning unit can be kept smaller.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Positioniervorrichtung mehrere Positioniereinheiten umfasst, die ringförmig um ein Zentrum angeordnet sind und die Richtung der Verschie bung nicht zum Zentrum gerichtet ist. Damit ist die Positionierkraft, die auf die Drahtenden wirkt ebenfalls nicht zum Zentrum gerichtet. Aufgrund des Winkels zwischen der Richtung der Verschiebung den geradlini gen Randabschnitten der Durchgangsausnehmungen werden die Drahtenden zeitgleich sowohl in radialer als auch in tangentialer Richtung ausgerichtet. Die Richtung der Kraft, welche die Verschiebung bewirkt, verläuft schiefwinkelig zu den Randabschnitten. Provision is preferably made for the positioning device to comprise a plurality of positioning units which are arranged in a ring around a center and the direction of displacement is not directed towards the center. This means that the positioning force that acts on the wire ends is not directed to the center either. Due to the angle between the direction of displacement and the straight edge portions of the through holes, the wire ends become simultaneous aligned in both radial and tangential directions. The direction of the force causing the displacement is oblique to the edge portions.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Richtung der Verschiebung einen Winkel von mehr als 0° bis etwa 70°, insbesondere zwischen etwa 10° und etwa 45°, zum Radius der ringför- migen Anordnung aufweist. Provision is preferably made for the direction of displacement to have an angle of more than 0° to approximately 70°, in particular between approximately 10° and approximately 45°, to the radius of the ring-shaped arrangement.
Besonders bevorzugt weist die Tangente an den Verschiebungspfad einen Winkel kleiner 70°, insbesondere einen Winkel von 10°C bis 45°C zum Radius der ringförmigen Anord nung auf. Durch die Wahl des Winkels kann der Kraftanteil, welcher in radialer oder tan gentialer Richtung auf die Drahtenden zu tragen kommt optimiert werden, und z.B. das Zusammenpressen der Längsseiten zweier Drahtenden durch Erhöhung des Kraftanteils in radialer Richtung verstärkt werden. Besonders bevorzugt sind Winkel von 30° bis 45° zwi schen der Achse der Verschiebung und dem Radius der ringförmigen Anordnung, da bei hier die Kraftanteile in radialer und tangentialer Richtung ungefähr gleich groß sind. Particularly preferably, the tangent to the displacement path has an angle of less than 70°, in particular an angle of 10° to 45°, to the radius of the ring-shaped arrangement. By selecting the angle, the proportion of force that is applied to the wire ends in the radial or tangential direction can be optimized and, for example, the compression of the longitudinal sides of two wire ends can be increased by increasing the proportion of force in the radial direction. Angles of 30° to 45° between the axis of displacement and the radius of the ring-shaped arrangement are particularly preferred, since the force components in the radial and tangential directions are approximately the same here.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die mehreren Positioniereinheiten jeweils einzeln, in Gruppen oder alle gemeinsam durch einen Öffnungsmechanismus ansteuerbar sind. Provision is preferably made for the plurality of positioning units to be controlled individually, in groups or all together by an opening mechanism.
Dies erlaubt auch bei der Verwendung mehrerer im Normalzustand geschlossener Positio niereinheiten einen für die Massenproduktion geeigneten Prozess zur Positionierung der Drahtenden. Insbesondere kann die Krafteinwirkung durch den Öffnungsmechanismus je weils einzeln angepasst werden. So können benachbarte Positioniereinheiten unabhängig voneinander aktiviert werden und beeinflussen sich nicht gegenseitig. Auch kann durch das Beeinflussen der Kraftwirkung des Kraftelements über den Öffnungsmechanismus ver mieden werden, dass bei Fehlstellungen der Drahtenden die Ausrichtelemente und/oder die Drahtenden beschädigt werden. This permits a process for positioning the wire ends, which is suitable for mass production, even when using a plurality of normally closed positioning units. In particular, the force applied by the opening mechanism can be adjusted individually in each case. In this way, neighboring positioning units can be activated independently of one another and do not influence one another. Influencing the force effect of the force element via the opening mechanism can also prevent the aligning elements and/or the wire ends from being damaged in the event of misalignments of the wire ends.
Allgemein umfasst also jedes Ausrichtelement mindestens eine Durchgangsausnehmung bzw. -Öffnung, die dazu ausgelegt ist, mindestens ein Drahtende zu umschließen. Bevor zugt ist eine Durchgangsausnehmung bzw. -Öffnung dazu ausgelegt, zwei oder drei Drah tenden zu umfassen. Die Anzahl der Durchgangsausnehmungen bzw. -Öffnungen jeder Lage entspricht dabei der Anzahl der zu positionierenden Drahtendengruppen, bevorzugt bestehend aus zwei oder drei Drahtenden. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst jedes Ausrichtelement neun Durchgangsausnehmung bzw. -Öffnung. Jede Spanneinheit positioniert und spannt eine möglichst geringe Anzahl von Drahtenden. Somit werden die Spannkräfte innerhalb einer Einheit reduziert und das Risiko der Beschädigung oder unge- wollten Verformung der Drähte verringert. In general, therefore, each alignment element comprises at least one through-hole or opening, which is designed to enclose at least one wire end. A through hole or opening is preferably designed to include two or three wires. The number of passage recesses or openings in each layer preferably corresponds to the number of wire end groups to be positioned consisting of two or three wire ends. In a preferred embodiment, each alignment element comprises nine through-holes or openings. Each clamping unit positions and clamps as few wire ends as possible. This reduces the tension forces within one unit and reduces the risk of damage or unwanted deformation of the wires.
Unabhängig oder ergänzend zu den obigen Erfindungsgedanken, betrifft ein anderer As pekt der Erfindung eine Positioniervorrichtung zum Positionieren von Drahtenden bei der Herstellung einer elektrischen Maschine, umfassend a) mindestens eine Positioniereinheit, die b) ein Ausrichtelement und ein Gegenausrichtelement aufweist, die in zwei parallelen Lagen übereinander angeordnet und entlang eines Verschiebepfades relativ zuei nander verschiebbar sind, wobei sie sich zumindest teilweise überlagern oder über lagern lassen, c) wobei das Ausrichtelement mindestens eine Durchgangsausnehmung aufweist und das Gegenausrichtelement mindestens eine Gegendurchgangsausnehmung auf weist, welche derart angeordnet und ausgelegt sind, dass ein lichter Positionier durchgang senkrecht zu den beiden Lagen des Ausrichtelements und des Gegen- ausrichtelements verbleibt, durch welchen sich mindestens ein Drahtende hindurch erstrecken kann und dessen Querschnitt, insbesondere dessen Querschnittsfläche, durch eine Verschiebung der Ausricht- und Gegenausrichtelemente zueinander veränderbar ist, wobei d) das Ausrichtelement und/oder das Gegenausrichtelement zumindest im Bereich der Durchgangsausnehmung (24a) bzw. der Gegendurchgangsausnehmung (24b) einen Wärmeableitkontakt aufweisen. Ein möglichst exaktes Anliegen der geschlossenen Ausrichtelemente an den Drahtenden (insbesondere auch ein Umschließen der Drahtenden) ist nicht nur zur möglichst effizien ten Kraftübertragung notwendig, sondern trägt auch zu einer besseren Wärmeübertra gung bei. Denn bei Verwendung der Positioniervorrichtung in Prozessen mit Wärmebil- düng an den Drahtenden muss zumindest ein Teil dieser Wärme über die Vorrichtung ab leitbar sein um Schäden am zu bearbeitenden Werkstück, insbesondere einem Bauteil ei ner elektrischen Maschine, zu vermeiden. Häufig weisen nämlich die zu bearbeitenden Drähte eine Beschichtung auf, welche bei zu hohen Temperaturen schmilzt und beschädigt wird. Für eine gute Wärmeableitung über das Ausrichtelement und/oder das Gegenausrichtele- ment muss die Kontaktfläche als Wärmeableitkontakt zwischen Draht und Ausrichtelement möglichst groß sein. Die die Drahtenden umschließenden Stirnflächen der Ausrichteele mente müssen daher möglichst dicht an den Drahtenden positioniert werden und an de ren Kontur angepasst werden. Zudem werden sie durch die Dicke der verwendeten Bleche für die Ausrichtelemente beeinflusst. Independent of or in addition to the above inventive ideas, another aspect of the invention relates to a positioning device for positioning wire ends when manufacturing an electrical machine, comprising a) at least one positioning unit, which b) has an alignment element and a counter-alignment element, which are in two parallel positions arranged one above the other and can be displaced relative to one another along a displacement path, whereby they are at least partially superimposed or can be superimposed, c) wherein the alignment element has at least one through-hole and the counter-alignment element has at least one counter-through-hole, which are arranged and designed in such a way that a clear positioning passage remains perpendicular to the two layers of the alignment element and the counter-alignment element, through which at least one end of the wire can extend and whose cross section, in particular its cross-sectional area, through a displacement of the alignment and counter-alignment elements relative to one another can be changed, d) the alignment element and/or the counter-alignment element having a heat dissipation contact at least in the region of the through-hole (24a) or the counter-through-hole (24b). It is not only necessary for the most efficient power transmission possible that the closed alignment elements fit as precisely as possible on the wire ends (in particular also enclosing the wire ends), but also contributes to better heat transmission. Because when using the positioning device in processes with heat generation fertil at the wire ends, at least part of this heat must be able to be dissipated via the device in order to avoid damage to the workpiece to be machined, in particular a component of an electrical machine. This is because the wires to be processed often have a coating which melts and is damaged if the temperatures are too high. For good heat dissipation via the alignment element and/or the counter-alignment element, the contact surface as a heat dissipation contact between the wire and the alignment element must be as large as possible. The end faces of the alignment elements surrounding the wire ends must therefore be positioned as close as possible to the wire ends and adapted to their contour. They are also influenced by the thickness of the sheet metal used for the alignment elements.
Neben der Kontaktfläche hat auch das Material der Vorrichtung insbesondere der Ausrich telemente einen großen Einfluss auf den Wärmehaushalt, da Materialien mit hoher Wär meleitfähigkeit die Wärmeabfuhr vom Entstehungsort begünstigen. Vorzugsweise ist der Wärmeableitkontakt daher aus einem wärmeleitfähigeren Material als der üblicherweise für die Ausrichtelemente verwendete Stahl. Vorzugsweise umfasst das Material des Wär- meableitkontakts Kupfer, Kupferlegierungen, insbesondere CuCrZr, oder Aluminium, Alu miniumlegierungen, insbesondere AIZnMgCu. Der Wärmeableitkontakt kann auch als Be schichtung der Ausrichtelemente auf der gesamten Oberfläche oder nur Teilen davon mit einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie z.B. Kupfer ausgestaltet sein. Vorteilhaft ist auch das Aufbringen von mehreren Schichten auf eine Komponente, insbe sondere eine Schicht Graphit sowie eine Schicht Kupfer. Dadurch kann auch die Wärme leitfähigkeit verbessert werden. In addition to the contact surface, the material of the device, in particular the alignment elements, also has a major influence on the heat balance, since materials with high thermal conductivity promote heat dissipation from the point of origin. Preferably, therefore, the heat dissipation contact is made of a more thermally conductive material than the steel commonly used for the alignment elements. The material of the heat dissipation contact preferably comprises copper, copper alloys, in particular CuCrZr, or aluminium, aluminum alloys, in particular AlZnMgCu. The heat dissipation contact can also be designed as a coating of the alignment elements on the entire surface or only parts thereof with a material with high thermal conductivity such as copper. It is also advantageous to apply several layers to a component, in particular a layer of graphite and a layer of copper. As a result, the thermal conductivity can also be improved.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann eine Oberfläche der Positioniervorrich tung zumindest in einem Teilbereich eine Beschichtung aufweisen, die diamantähnlichen Kohlenstoff (Diamond-Like Carbon, DLC) umfasst, um das Anhaften von Ablagerungen durch die Bearbeitung der Drahtenden zu vermeiden. Insbesondere kann die Oberfläche jene Oberfläche des Ausrichtelements sein, die in Richtung der zu bearbeitenden Drahten den weist. Um das zu bearbeitende Maschinenelement vor entstehenden Ablagerungen während der Bearbeitung zu schützen und um das Einfädeln der Drahtenden in die Öffnungen der Vor richtung zu erleichtern kann die Positioniervorrichtung eine Grundplatte umfassen. Die Grundplatte kann eine Vielzahl an Öffnungen aufweisen, welche an der dem Maschinene lement zugewandten Seite einen größeren Umfang aufweisen als an der den Ausrichtele- menten zugewandten Seite. Durch diese abschließende Scheibe können Spalten und Öff nungen zwischen den Ausrichtelementen abgedeckt werden und verhindert werden, dass Verunreinigungen wie z.B. Schweißspritzer in die elektrische Maschine gelangen können. According to a further aspect of the invention, a surface of the positioning device can have a diamond-like coating, at least in a partial area Carbon (Diamond-Like Carbon, DLC) included to avoid sticking of deposits from the processing of the wire ends. In particular, the surface can be that surface of the alignment element which points in the direction of the wires to be processed. In order to protect the machine element to be machined from deposits that form during machining and to make it easier to thread the wire ends into the openings of the device, the positioning device can include a base plate. The base plate can have a large number of openings, which have a larger circumference on the side facing the machine element than on the side facing the alignment elements. This closing disk can cover gaps and openings between the alignment elements and prevent contamination, such as welding spatter, from getting into the electrical machine.
Unabhängig von den Ausrichtelementen kann die Grundplatte aber auch als Wärmeableit- kontakt fungieren. Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Positioniervorrichtung zum Positionie ren von Drahtenden einer elektrischen Maschine vorgesehen, bei der die Drahtenden in Gruppen von zwei oder mehr Drahtenden vorliegen, umfassend eine erste Lage umfassend ein Ausrichtelement A oder eine Vielzahl davon; eine zweite Lage umfassend ein Gegenausrichtelement B oder eine Vielzahl davon; wobei jedes Ausrichtelement eine oder mehrere Öffnungen aufweist, welche dazu ausge legt sind, mindestens zwei Drahtenden zu umschließen; wobei jede Öffnung mindestens zwei Kanten aufweist, welche im rechten Winkel zueinan der stehen; die Ausrichtelemente derart angeordnet sind, dass die zu positionierenden Drahtenden durch die Öffnungen von jeweils einem Ausrichtelement der ersten und der zweiten Lage geführt werden können; wobei die Krafteinwirkung auf jedes Ausrichtelement A und/oder B einzeln durch einen Öff nungsmechanismus gesteuert werden kann. Regardless of the alignment elements, the base plate can also function as a heat dissipation contact. According to a further aspect of the invention, there is provided a positioning device for positioning wire ends of an electrical machine, in which the wire ends are present in groups of two or more wire ends, comprising a first layer comprising an alignment element A or a plurality thereof; a second layer comprising a mating alignment element B or a plurality thereof; each alignment element having one or more apertures adapted to enclose at least two wire ends; each opening having at least two edges which are at right angles to each other; the alignment elements are arranged in such a way that the wire ends to be positioned can be guided through the openings of one alignment element each of the first and of the second layer; whereby the force on each alignment element A and/or B can be controlled individually by an opening mechanism.
Bevorzugt handelt es sich bei der elektrischen Maschine um einen Elektromotor, insbeson- dere um einen Stator. Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Positio nieren von Drahtenden einer elektrischen Maschine für ein Verfahren zum Verschweißen der Drahtenden verwendet. The electrical machine is preferably an electric motor, in particular a stator. The device according to the invention for positioning wire ends of an electrical machine is preferably used for a method for welding the wire ends.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Positionieren und Bearbeiten von Drahtenden bei der Herstellung einer elektrischen Maschine, umfasst die folgenden Schritte: a) Bereitstellen einer Positioniervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che; b) Führen eines Drahtendes durch den Positionierdurchgang; c) Ausrichten des Drahtendes durch Verschieben des Ausrichtelements und des Ge- genausrichtelements zueinander; d) Bearbeiten des Drahtendes, insbesondere mit einem Energiestrahl. The method according to the invention for positioning and processing wire ends in the manufacture of an electrical machine comprises the following steps: a) providing a positioning device according to one of the preceding claims; b) passing a wire end through the positioning passage; c) aligning the end of the wire by displacing the aligning element and the counter-aligning element relative to one another; d) processing the end of the wire, in particular with an energy beam.
Vorzugsweise umfasst das Bearbeiten des Drahtendes in Schritt d) das Verschweißen zweier oder mehr Drahtenden mit einem Elektronenstrahl. The processing of the wire end in step d) preferably includes the welding of two or more wire ends with an electron beam.
Insbesondere ist den obigen Überlegungen gemeinsam, dass die beiden geradlinigen Randabschnitte, die sowohl an dem Ausrichtelement als auch an dem Gegenausrichtele- ment vorgesehen sind, vorzugsweise derart verlaufen, dass die Randabschnitte vor allem auch gegen Ende des Verschiebepfades noch schiefwinklig zur Richtung der Verschiebung verlaufen. Dadurch wirkt auf die Drahtenden vor allem auch am Ende der Verschiebung eine Kraft, die von der Senkrechten auf die Randabschnitte abweicht. Dies bewirkt, dass bezogen auf eine Rotationsachse der elektrischen Maschine auf die Hairpins sowohl in ra- dialer als auch in tangentialer Richtung eine positionierende Kraft wirkt. Insbesondere da bei rechteckigen Hairpins deren Seitenflächen radial und tangential aus gerichtet sind, kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Verschieberichtung vorzugs weise etwa diagonal zu den geradlinigen Randabschnitten verlaufen. Die Verschieberich tung kann aber auch zwischen etwa plus plus/minus 20°, vorzugsweise etwa plus/minus 10° von der Diagonalen abweichen. In particular, the above considerations have in common that the two straight edge sections, which are provided both on the alignment element and on the counter-alignment element, preferably run in such a way that the edge sections run at an oblique angle to the direction of displacement, especially towards the end of the displacement path. As a result, a force that deviates from the perpendicular to the edge sections acts on the wire ends, especially at the end of the displacement. This causes a positioning force to act on the hairpins both in the radial and in the tangential direction in relation to an axis of rotation of the electrical machine. In particular, since the side surfaces of rectangular hairpins are directed radially and tangentially, according to the present invention, the direction of displacement can preferably run approximately diagonally to the straight edge sections. However, the direction of displacement can also deviate from the diagonal by approximately plus plus/minus 20°, preferably approximately plus/minus 10°.
Auf die gesamte Positioniervorrichtung bezogen kann der grundsätzliche Erfindungsge danke auch dadurch zum Ausdruck kommen, dass bei einer Mehrzahl von ringförmig an geordneten Positioniereinheiten die Verschieberichtung jeder einzelnen Positioniereinheit gerade auch am Ende der Verschiebung unter einem Winkel zur Radialrichtung der jeweili- gen Positioniereinheiten verläuft, wobei die Verschieberichtung zugleich auch von der Tangentialrichtung abweicht. Der Winkel kann insbesondere zwischen etwa 10° und 80°, insbesondere zwischen etwa 30° und 60°, vorzugsweise zwischen etwa 40° und 50° liegen. Optimalerweise liegt der Winkel bei etwa 45°, da dann die Positionierkraft am Ende in Ra dial- und Tangentialrichtung etwa gleich groß ist. Mit einer solchen Positioniervorrichtung können sämtliche zu bearbeitenden Drahtenden zugleich positioniert werden, auch wenn diese in unterschiedlichen Radialrichtungen an geordnet sind. With regard to the positioning device as a whole, the fundamental idea behind the invention can also be expressed by the fact that, in the case of a plurality of positioning units arranged in a ring, the direction of displacement of each individual positioning unit runs at an angle to the radial direction of the respective positioning unit, especially at the end of the displacement, with the Shifting direction also deviates from the tangential direction at the same time. The angle can in particular be between approximately 10° and 80°, in particular between approximately 30° and 60°, preferably between approximately 40° and 50°. Optimally, the angle is around 45°, because then the positioning force at the end is about the same in radial and tangential directions. With such a positioning device, all wire ends to be processed can be positioned at the same time, even if they are arranged in different radial directions.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht eines Maschinenelement es und einer Positioniervorrichtung; Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawings. These show: FIG. 1 a schematic illustration of a side view of a machine element and a positioning device;
Figur 2 eine schematische Darstellung einer Draufsicht der erfindungsgemäßen Po sitioniervorrichtung; FIG. 2 shows a schematic representation of a plan view of the positioning device according to the invention;
Figur 3 eine schematische Darstellung eine Ausrichtelements; Figur 4 Ausführungsformen der Öffnungen in den Ausrichtelementen; Figur 5a eine Positioniereinheit im geöffneten Zustand; FIG. 3 shows a schematic representation of an alignment element; FIG. 4 embodiments of the openings in the alignment elements; FIG. 5a shows a positioning unit in the open state;
Figur 5b eine Positioniereinheit im geschlossenen Zustand; FIG. 5b shows a positioning unit in the closed state;
Figur 6a eine schematische Darstellung einer Seitenansicht einer weiteren Ausfüh rungsform einer Positioniervorrichtung zum Positionieren von Drahtenden mit seitlicher Ausrichtung; FIG. 6a shows a schematic representation of a side view of a further embodiment of a positioning device for positioning wire ends with lateral orientation;
Figur 6b eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf die Positioniervorrich tung zum Positionieren von Drahtenden mit seitlicher Ausrichtung; FIG. 6b shows a schematic representation of a plan view of the positioning device for positioning wire ends with lateral orientation;
Figur 7a eine schematische Darstellung einer Seitenansicht einer weiteren Ausfüh rungsform einer Positioniervorrichtung zum Positionieren von Drahtenden eines Linearmotors; FIG. 7a shows a schematic representation of a side view of a further embodiment of a positioning device for positioning wire ends of a linear motor;
Figur 7b eine schematische Darstellung einer Draufsicht der Positioniervorrichtung zum Positionieren von Drahtenden eines Linearmotors; FIG. 7b shows a schematic representation of a plan view of the positioning device for positioning wire ends of a linear motor;
Figur 8 eine Aufsicht auf eine Positioniereinheit mit Ausnehmungen. FIG. 8 is a plan view of a positioning unit with recesses.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFUHRUNGSBEISPIELE DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 in einem montierten Zustand auf einem Maschinenelement 12. Das in Fig. 1 rein beispielhaft ge zeigte Maschinenelement 12 ist ein Stator eines elektrischen Motors. 1 shows a first embodiment of the device 10 according to the invention in a mounted state on a machine element 12. The machine element 12 shown purely by way of example in FIG. 1 is a stator of an electric motor.
Ein Stator ist üblicherweise aus einer Wicklung aus einer Vielzahl von Drähten 14 gebildet. In einer Ausführungsform sind diese Drähte in einer Haarnadelform ausgebildet und wer den auch als Hairpins bezeichnet. Diese Hairpins bestehen insbesondere aus einem Kup- ferdraht, der in der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform als Flachdraht mit rechtecki gem Querschnitt ausgebildet ist und mit einem isolierenden Lack beschichtet ist. A stator is typically formed from a winding of a plurality of wires 14 . In one embodiment, these wires are formed in a hairpin shape and are also referred to as hairpins. These hairpins consist in particular of a copper wire which, in the embodiment shown in FIG. 1, is designed as a flat wire with a rectangular cross section and is coated with an insulating lacquer.
Hairpins weisen typischerweise einen gebogenen Bereich auf und zwei Drahtenden und sind in einer genau vorbestimmten Form gestaltet, um die Wicklung des Stators möglichst eng auszuführen. Durch die Wicklung der Hairpins und der relativ großen Drahtdicke ist eine beträchtliche Krafteinwirkung nötig, um die Drahtenden 14 in eine geeignete Position zu drücken, um an den Drahtenden Bearbeitungen hoher Qualität durchführen zu können. Hairpins typically have a bent portion and two wire ends and are shaped to a precisely predetermined shape to make the winding of the stator as tight as possible. Due to the winding of the hairpins and the relatively large wire thickness considerable force is required to push the wire ends 14 into an appropriate position to perform high quality machining on the wire ends.
Dafür wird eine mehrteilige Positioniervorrichtung 10 auf dem zu bearbeitenden Statorele ment 12 montiert. Die Positioniervorrichtung 10 weist als unterste Lage eine Grundplatte 20 auf, die als Einfä delhilfe für die Drahtenden 14 dient. Zudem schützt die Grundplatte 20 den Stator vor Verunreinigungen, die durch die Bearbeitung anfallen, und verleiht der Positioniervorrich tung 10 Stabilität. For this purpose, a multi-part positioning device 10 is mounted on the element 12 to be machined Statorele. The positioning device 10 has a base plate 20 as the bottom layer, which serves as a delhilfe for the wire ends 14 to be inserted. In addition, the base plate 20 protects the stator from contamination caused by machining and gives the positioning device 10 stability.
Oberhalb der Grundplatte 20 umfasst die Positioniervorrichtung 10, wie aus Figur 2 her- vorgeht, mehrere Positioniereinheiten 13, die jeweils ein plattenförmiges Ausrichtelement 22a in einer ersten Lage 18 und ein plattenförmiges Gegenausrichtelement 22b in einer zweiten Lage 16 umfassen. Die Ausrichtelemente 22a, 22b können aus Blechen mit einer Dicke von circa 1-5 mm gebildet sein. Above the base plate 20, the positioning device 10, as can be seen from FIG. The alignment elements 22a, 22b can be formed from metal sheets with a thickness of approximately 1-5 mm.
Die Ausrichtelemente 22a der ersten Lage 18 und die Gegenausrichtelemente 22b der zweiten Lage 16 sind ringförmig symmetrisch um ein Zentrum 28 angeordnet, welches im montierten Zustand der Positioniervorrichtung 10 mit einer Zentralachse des Stators 12 zusammenfällt. Die Ausrichtelemente 22a und 22b haben dabei im Wesentlichen eine Ku chensegmentform, wobei ein Bereich um das Zentrum 28 frei bleibt und somit die Spitze der Kuchensegmente fehlt. Die Ausrichtelemente 22a und 22b haben eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen 24, um die zu positionierenden Drahtenden 14 des Stators 12 aufzunehmen. The alignment elements 22a of the first layer 18 and the counter-alignment elements 22b of the second layer 16 are arranged symmetrically in a ring around a center 28 which, when the positioning device 10 is in the assembled state, coincides with a central axis of the stator 12 . The alignment elements 22a and 22b essentially have the shape of a cake segment, with an area around the center 28 remaining free and the tip of the cake segments thus missing. The alignment members 22a and 22b have a plurality of through openings 24 to receive the wire ends 14 of the stator 12 to be positioned.
Alternativ können die Durchgangsöffnungen 24a, 24b aber auch einseitig offen als Durch gangsausnehmungen 24a, 24b ausgestaltet sein, beispielsweise indem die Ausrichtele mente 22a und 22b wie in Figur 8 gezeigt zum Zentrum 28 gerichtete Finger umfassen, an welchen die Durchgangsausnehmungen 24a, 24b seitlich angeordnet sind. Alternatively, the through-openings 24a, 24b can also be designed as through-holes 24a, 24b, which are open on one side, for example by the alignment elements 22a and 22b comprising fingers pointing towards the center 28, as shown in FIG. 8, on which the through-holes 24a, 24b are arranged laterally .
Figur 3 zeigt eine einzelne Positioniereinheit 13 im Detail. Darin ist erkennbar, dass die Po sitioniereinheit 13 außer dem Ausrichtelement 22a und dem Ausrichtelement 22b noch ein passives Kraftelement 26 aufweist. In dieser Ausführungsform wurde eine Feder als passi ves Kraftelement 26 gewählt, welche die Kraft 34 für eine Verschiebung der Ausrichtele mente 22a und 22b zum Schließen der Positioniereinheit 13 bereitstellt. FIG. 3 shows a single positioning unit 13 in detail. It can be seen that the positioning unit 13, in addition to the alignment element 22a and the alignment element 22b, also has a passive power element 26 has. In this embodiment, a spring was selected as the passive force element 26, which elements 22a and 22b provides the force 34 for a displacement of the alignment elements 22a and 22b in order to close the positioning unit 13.
Das passive Kraftelement 26 ist in einer Weise positioniert, dass sich die jeweils im rechten Winkel zu einander stehenden geradlinigen Randabschnitte 30a, 30b der Durchgangsöff nungen 24a sowie die beiden geradlinigen Randabschnitte 30c, 30d der Gegendurch gangsöffnung 24b in den beiden Ausrichtelementen 22a und 22b aufeinander zu bewe gen. The passive force element 26 is positioned in such a way that the straight edge sections 30a, 30b of the through-openings 24a, which are at right angles to one another, and the two straight edge sections 30c, 30d of the counter-through opening 24b in the two alignment elements 22a and 22b approach one another move.
Jede Öffnung 24a, 24b der Ausrichtelemente 22a, 22b hat hier mindestens zwei geradli- nige Randabschnitte 30a, 30b, 30c, 30d, die im rechten Winkel zueinanderstehen. Die senkrecht zueinanderstehen Randabschnitte 30a, 30b des Ausrichtelementes 22a der ers ten Lage 18, legen sich während des Positionier- und Spannvorganges an zwei Flächen ei ner Gruppe von zwei oder mehr Drahtenden 14 an. Each opening 24a, 24b of the alignment elements 22a, 22b here has at least two straight edge sections 30a, 30b, 30c, 30d, which are at right angles to one another. The mutually perpendicular edge sections 30a, 30b of the alignment element 22a of the first layer 18 lie against two surfaces of a group of two or more wire ends 14 during the positioning and clamping process.
In dieser Ausführungsform weist eine Durchgangsöffnung 24 eine rechteckige Form auf, welche drei stark abgerundete Ecken aufweist und eine weniger stark gerundete Ecke. In this embodiment, a through-hole 24 has a rectangular shape, which has three strongly rounded corners and one less rounded corner.
Die Randabschnitte, d.h. Stirnflächen der Ausrichtelemente 22a, 22b, die sich an die weni ger stark abgerundete Ecke anschließen, legen sich im geschlossenen Zustand an die Drahtenden 14 an. The edge sections, i.e. end faces of the alignment elements 22a, 22b, which adjoin the less strongly rounded corner, rest against the wire ends 14 in the closed state.
In dieser Ausführungsform sind die zwei Randabschnitte 30a und 30c parallel zu den Tan- genten 70 des Umfangs der Positioniervorrichtung 10 angeordnet. Sind die zu bearbeiten den Drahtenden 14 der elektrischen Maschine 12 anders angeordnet, müssen auch die Durchgangsöffnungen 24 der Ausrichtelemente 22a, 22b angepasst werden. In this embodiment, the two edge portions 30a and 30c are arranged parallel to the tangents 70 of the circumference of the positioning device 10. FIG. If the wire ends 14 of the electrical machine 12 to be processed are arranged differently, the through-openings 24 of the alignment elements 22a, 22b must also be adapted.
Die Durchgangsöffnungen 24 der Ausrichtelemente 22a, 22b können in unterschiedlichen Formen ausgestaltet sein (siehe Fig. 4). Zudem können sich die Durchgangsöffnungen 24 des Ausrichtelements 22a von denjenigen des Gegenausrichtelements 22b unterscheiden. The through openings 24 of the alignment elements 22a, 22b can be configured in different shapes (see FIG. 4). In addition, the through-openings 24 of the alignment element 22a can differ from those of the counter-alignment element 22b.
Figur 4a zeigt eine rechteckige Öffnung 24. Die rechteckige Öffnung 24 kann an allen Ecken abgerundet sein (Figur 4b), oder nur an zwei (Figur 4c). In einer Ausführungsform weist die Öffnung 24 nur eine Ecke mit zwei anliegenden geraden Randabschnitten 30a, 30b auf und ist ansonsten tropfenförmig ausgebildet (siehe Figur 4d). Die anliegenden Randabschnitte müssen dabei lang genug ausgebildet sein, um zwei Seiten der Drahten den 14 einfassen zu können. Die senkrechen Stirnflächen der Öffnungen 24 des Ausrichtelementes 22b der zweiten Lage 16 liegen den senkrechten Stirnflächen des Ausrichtelementes 22a der ersten Lage 18 jeweils gegenüber. Figure 4a shows a rectangular opening 24. The rectangular opening 24 may be rounded at all corners (Figure 4b), or at only two (Figure 4c). In one embodiment the opening 24 has only one corner with two adjoining straight edge sections 30a, 30b and is otherwise teardrop-shaped (see FIG. 4d). The adjoining edge sections must be long enough to enclose two sides of the wires 14 . The vertical end faces of the openings 24 of the alignment element 22b of the second layer 16 lie opposite the vertical end faces of the alignment element 22a of the first layer 18, respectively.
Die Ausrichtelemente 22b der zweiten Lage 16 können sich beim Positionieren und Span nen auf derselben linearen Achse 34 der Ausrichtelemente 22a der ersten Lage 18, jedoch in entgegengesetzter Richtung, bewegen. Sie können aber auch fixiert sein. The alignment elements 22b of the second layer 16 can move on the same linear axis 34 of the alignment elements 22a of the first layer 18, but in opposite directions, during positioning and clamping. But they can also be fixed.
Die lineare Achse 34, entlang welcher der Verschiebepfad der Ausrichtelemente 22a, 22b verläuft, wird durch zwei Langlöcher 35 vorgegeben. Denkbar wäre hier die Langlöcher 35 gebogen auszuführen, sodass der Verschiebepfad nicht mehr geradlinig verläuft. The linear axis 34, along which the displacement path of the alignment elements 22a, 22b runs, is defined by two elongated holes 35. It would be conceivable here to design the elongated holes 35 in a curved manner, so that the displacement path no longer runs in a straight line.
Die lineare Bewegung der Ausrichtelemente 22a, 22b der ersten und/oder zweiten Lage 18, 16 wird dabei so lange ausgeführt, bis die vier Flächen der Gruppe von Drahtenden 14 von jeweils 2 Seiten der Öffnungen 24 in den beiden Ausrichtelementen 22a, 22b um schlossen sind und eine weitere Bewegung der Ausrichtelemente 22a, 22b blockieren. The linear movement of the alignment elements 22a, 22b of the first and/or second layer 18, 16 is carried out until the four surfaces of the group of wire ends 14 are enclosed by two sides of the openings 24 in the two alignment elements 22a, 22b and block further movement of the alignment members 22a, 22b.
Figur 5a zeigt eine Spannvorrichtung in geöffnetem Zustand. FIG. 5a shows a clamping device in the open state.
Die Anzahl der Öffnungen 24 entspricht dabei der Anzahl der zu positionierenden Paare von Drahtenden 14. The number of openings 24 corresponds to the number of pairs of wire ends 14 to be positioned.
Die Ausrichtelemente 22a der ersten Lage 18 lassen sich linear zu den Ausrichtelementen 22b der zweiten Lage 16 verschieben. Die Verschiebung erfolgt schiefwinkelig zu den Kan ten 30. The alignment elements 22a of the first layer 18 can be displaced linearly with respect to the alignment elements 22b of the second layer 16. The displacement takes place at an oblique angle to the edges 30.
In der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform ist die Feder als Kraftelement 26 so ange- ordnet, dass die Richtung der Kraft 34, welche die Verschiebung bewirkt, und somit auch die Achse der Verschiebung der Ausrichtelemente 22a, 22b, einen Winkel von 45° jeweils zu den Randabschnitten 30a, 30b, 30c, 30d aufweist. In dieser Ausführungsform verläuft zudem der Randabschnitt 30b parallel zum Radius der Positioniervorrichtung 10, daher verläuft die Verschiebung ebenfalls entlang eines Winkels von 45° zum Radius. Die Bewegung der Ausrichtelemente verläuft daher weder in Um fangsrichtung 38 noch radial 36 zur symmetrischen Anordnung. Die Richtung 34 der Line- arbewegung ist in einem Winkel gegenüber den Randabschnitten 30a, 30b, 30c, 30d ge neigt und durchläuft nicht das Zentrum 28 der symmetrischen Anordnung. In the embodiment shown in Figure 3, the spring is arranged as a force element 26 so that the direction of the force 34, which causes the displacement, and thus also the axis of displacement of the alignment elements 22a, 22b, an angle of 45 ° each has the edge portions 30a, 30b, 30c, 30d. In this embodiment, moreover, the edge portion 30b runs parallel to the radius of the positioning device 10, therefore the displacement also runs along an angle of 45° to the radius. The movement of the alignment elements therefore runs neither in order circumferential direction 38 nor radially 36 to the symmetrical arrangement. The direction 34 of linear movement is inclined at an angle to the edge sections 30a, 30b, 30c, 30d and does not pass through the center 28 of the symmetrical arrangement.
Auf Grund des Winkels wirkt ein Anteil der Kraft sowohl auf den Randabschnitt 30a als auch auf den Randabschnitt 30b. Dadurch werden die Drahtenden 14 sowohl in radialer als auch in tangentialer Richtung ausgerichtet. Durch diese Kraft werden die Randab- schnitte 30a und 30b und die Randabschnitte 30c und 30d des Ausrichtelements 22b ge gen die Seitenflächen der Drahtenden 14 gedrückt und blickdicht umschlossen und prä zise positioniert (Figur 5b). Because of the angle, a portion of the force acts on both edge portion 30a and edge portion 30b. As a result, the wire ends 14 are aligned both in the radial and in the tangential direction. This force causes the edge sections 30a and 30b and the edge sections 30c and 30d of the alignment element 22b to be pressed against the side surfaces of the wire ends 14 and enclosed in an opaque manner and precisely positioned (FIG. 5b).
Zu erkennen ist dies in Figur 5b vor allem an einer im Vergleich zur Figur 5a kleineren Querschnittsfläche eines lichten Positionierdurchgangs 99 durch die Durchgangsöffnun- gen 24a, 24b der beiden Ausrichtelemente 22a, 22b. This can be seen in FIG. 5b above all from a smaller cross-sectional area of a clear positioning passage 99 than in FIG. 5a through the passage openings 24a, 24b of the two alignment elements 22a, 22b.
Benachbarte Positioniereinheiten 13 arbeiten dabei unabhängig voneinander und beein flussen sich nicht gegenseitig. Zum Öffnen der autarken Positioniereinheiten 13 kommen Öffner zum Einsatz, die zentral über eine Kurvenscheibe bewegt werden (nicht dargestellt). Die Anzahl der Öffner entspricht der Anzahl der Positioniereinheiten 13. Im inaktiven Zustand ist das Kraftelement 26 bzw. sind die Kraftelemente 26 permanent geschlossen. Das heißt die Federkraft des Kraftelements 26 wirkt permanent auf den Draht. Adjacent positioning units 13 work independently and do not influence each other. To open the self-sufficient positioning units 13, openers are used, which are moved centrally via a cam disk (not shown). The number of openers corresponds to the number of positioning units 13. In the inactive state, the force element 26 or the force elements 26 are permanently closed. This means that the spring force of the force element 26 acts permanently on the wire.
Jede Positioniereinheit 13 positioniert und spannt eine möglichst geringe Anzahl von Drahtenden 14. Dadurch werden die Positionierkräfte innerhalb einer Positioniereinheit 13 möglichst geringgehalten. Die Positionierkraft einer Positioniereinheit 13 führt deshalb im Fehlerfall nicht zur Beschädigung oder ungewollten Verformung einer größeren Anzahl von Drahtenden 14. Each positioning unit 13 positions and tensions the smallest possible number of wire ends 14. As a result, the positioning forces within a positioning unit 13 are kept as low as possible. The positioning force of a positioning unit 13 therefore does not lead to damage or unwanted deformation of a large number of wire ends 14 in the event of a fault.
In Figur 6 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung darge stellt. Diese Positioniervorrichtung 50 positioniert Drahtenden 14, welche nicht wie in Figur 1 dargestellt von oben an einem Stator 12 bearbeitet werden müssen, sondern von der Seite. Die Stirnflächen der zu bearbeitenden Drahtenden 14 zeigen somit radial nach au ßen. FIG. 6 shows a further embodiment of the device according to the invention. This positioning device 50 positions wire ends 14 which are not as shown in FIG 1 must be processed from above on a stator 12, but from the side. The end faces of the wire ends 14 to be processed thus show radially outwards.
Die Positioniervorrichtung 50 kann ein Ausrichtelement in Form eines Ringes mit lateralen Öffnungen 24 aufweisen oder eine Vielzahl an ringförmig angeordneten Ausrichtelemen ten. Die zweite Lage 16 wird hier durch ein Ausrichtelement 22b dargestellt, welches eben falls die Form eines Ringes aufweisen kann oder eine Vielzahl an Elementen, allerdings mit geringerem Radius. D.h. die gemäß Anspruchswortlaut parallel übereinander angeordne ten Lagen der Ausrichtelemente 22a, 22b können auch gekrümmt und in radialer Richtung des Stators 12 übereinander angeordnet sein. The positioning device 50 can have an alignment element in the form of a ring with lateral openings 24 or a multiplicity of alignment elements arranged in a ring. The second layer 16 is represented here by an alignment element 22b, which can also have the shape of a ring or a multiplicity of elements , but with a smaller radius. That is, the layers of the alignment elements 22a, 22b arranged parallel one above the other according to the wording of the claim can also be curved and arranged one above the other in the radial direction of the stator 12.
Die äußere Wandfläche des Ringes grenzt an die Innere Wandfläche des Stators 12 an. Die Drahtenden 14 sind durch die in den Wandflächen befindlichen Öffnungen 24 geführt. Die Form der Öffnungen 24 sowie die Richtung der Verschiebung der Ausrichtelemente zuei nander entspricht der in den Figuren 1-5 beschriebenen Ausführungsformen. Die Verschiebung zwischen den Ausrichtelementen 22a, 22b wird wiederum durch min destens ein passives Kraftelement 26 bewirkt. The outer wall surface of the ring is adjacent to the inner wall surface of the stator 12 . The wire ends 14 are passed through the openings 24 located in the wall surfaces. The shape of the openings 24 and the direction in which the alignment elements are displaced relative to one another correspond to the embodiments described in FIGS. 1-5. The displacement between the alignment elements 22a, 22b is in turn effected by at least one passive force element 26.
Figur 7 zeigt eine erfindungsgemäße Positioniervorrichtung 60 zum Positionieren von Drahtenden eines Linearmotors 62. In dieser Ausführungsform sind die Ausrichtelemente 22a, 22b der ersten Lage 18 und der zweiten Lage 16 nicht ringförmig um ein Zentrum 28 angeordnet, sondern entlang einer geradlinigen oder gekurvten Bahn. In Figur 7 ist eine Vielzahl an Ausrichtelementen 22a und 22b dargestellt. Die Lagen 16, 18 können jedoch auch von einzelnen, dem Verlauf des Linearmotors 12 angepassten Ausrichtelementen 22a, 22b dargestellt werden. Die Form der Öffnungen sowie die Richtung der Verschie bung der Ausrichtelemente zueinander, entspricht derjenigen der in den Figuren 1-6 be- schriebenen Ausführungsformen. Figure 7 shows a positioning device 60 according to the invention for positioning wire ends of a linear motor 62. In this embodiment, the alignment elements 22a, 22b of the first layer 18 and the second layer 16 are not arranged in a ring around a center 28, but along a straight or curved path. FIG. 7 shows a large number of alignment elements 22a and 22b. However, the positions 16, 18 can also be represented by individual alignment elements 22a, 22b adapted to the course of the linear motor 12. The shape of the openings and the direction of displacement of the alignment elements relative to one another corresponds to that of the embodiments described in FIGS. 1-6.
Das erfindungsgemäße Positionierverfahren arbeitet wie folgt: The positioning method according to the invention works as follows:
Die Positioniervorrichtung 10 wird auf einer elektrischen Maschine 12 platziert und die da raus hervorstehenden Drahtenden 14 werden in Gruppen durch die Öffnungen 24 geführt. Die Ausrichtelemente 22a, 22b werden mithilfe einer Öffnungs-/und Schließeinheit so ge spannt, dass die Richtung der Verschiebung der Ausrichtelemente zueinander, schiefwin kelig zu den Randabschnitten 30a, 30b, 30c, 30d verläuft. Dadurch werden die Drahtenden 14 auf eine genaue Position ausgerichtet. Die elektrische Maschine 12 kann dann zusammen mit der montierten Positioniervorrich tung 10 zur weiteren Bearbeitung in eine Prozesskammer verlagert werden. Dort werden die Drahtenden 14 bearbeiten. The positioning device 10 is placed on an electric machine 12 and the wire ends 14 protruding therefrom are passed through the openings 24 in groups. The alignment elements 22a, 22b are clamped using an opening/closing unit in such a way that the direction of displacement of the alignment elements relative to one another runs at an oblique angle to the edge sections 30a, 30b, 30c, 30d. This aligns the wire ends 14 to a precise position. The electrical machine 12 can then be relocated together with the mounted positioning device 10 for further processing in a process chamber. The wire ends 14 are processed there.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Drahtenden 14 dabei mit einem Ener giestrahl, insbesondere mit einem Elektronenstrahl, bearbeitet. Die Bearbeitung kann das Verschweißen, Schneiden und/oder Entisolieren der Drahtenden 14 umfassen. In a preferred embodiment, the wire ends 14 are treated with an energy beam, in particular with an electron beam. Processing may include welding, cutting, and/or stripping wire ends 14 of insulation.
Referenzzeichen reference sign
10 Positioniervorrichtung 10 positioning device
11 Rotationsachse 12 Maschinenelement 13 Positioniereinheit 14 Drahtenden 16 erste Lage 18 zweite Lage 20 Grundplatte 22 a, b Ausrichtelement 24 Öffnung 26 elastisches Element 28 Zentrum der Anordnung 11 axis of rotation 12 machine element 13 positioning unit 14 wire ends 16 first layer 18 second layer 20 base plate 22 a, b alignment element 24 opening 26 elastic element 28 center of the arrangement
30 a, b, c d Kante 34 Richtung der Kraft 30 a, b, c d edge 34 direction of force
36 radiale Richtung 38 Umfangsrichtung 40 tangentiale Richtung 50 Vorrichtung zum Positionieren von Drahtenden in seitlicher Ausrichtung 52 Maschinenelement mit seitlich ausgerichteten Drahtenden 36 radial direction 38 circumferential direction 40 tangential direction 50 device for positioning wire ends in lateral alignment 52 machine element with laterally aligned wire ends
60 Vorrichtung zum Positionieren von Drahtenden in einem Linearmotor60 Device for positioning wire ends in a linear motor
62 Linearmotor 62 linear motor

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
1. Positioniervorrichtung (10; 50; 60) zum Positionieren von Drahtenden (14) bei der Her stellung einer elektrischen Maschine (12), umfassend a) mindestens eine Positioniereinheit (13), die b) ein Ausrichtelement (22a) und ein Gegenausrichtelement (22b) aufweist, die in zwei parallelen Lagen (16, 18) übereinander angeordnet und entlang eines Ver schiebepfades (34) relativ zueinander verschiebbar sind, wobei sie sich zumindest teilweise überlagern oder überlagern lassen, c) wobei das Ausrichtelement (22a) mindestens eine Durchgangsausnehmung (24a) aufweist und das Gegenausrichtelement (22b) mindestens eine Gegendurch- gangsausnehmung (24b) aufweist, welche derart angeordnet und ausgelegt sind, dass ein lichter Positionierdurchgang (99) senkrecht zu den beiden Lagen (16, 18) des Ausrichtelements (22a) und des Gegenausrichtelements (22b) verbleibt, durch welchen sich mindestens ein Drahtende hindurch erstrecken kann und dessen Querschnitt, insbesondere dessen Querschnittsfläche, durch eine Verschiebung der Ausricht- und Gegenausrichtelemente (22a, 22b) zueinander veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass d) die mindestens eine Durchgangsausnehmung (24a) an dem Ausrichtelement (22a) und die mindestens eine Gegendurchgangsausnehmung (24b) an dem Ge genausrichtelement (22b) jeweils zwei geradlinige Randabschnitte (30a, 30b, 30c, 30d) aufweisen, die in der jeweiligen Lage (16, 18) schiefwinklig zur Richtung der Verschiebung verlaufen. 1. Positioning device (10; 50; 60) for positioning wire ends (14) in the manufacture of an electrical machine (12), comprising a) at least one positioning unit (13), b) an alignment element (22a) and a counter-alignment element ( 22b) which are arranged in two parallel layers (16, 18) one above the other and can be displaced relative to one another along a displacement path (34), whereby they are at least partially superimposed or can be superimposed, c) the alignment element (22a) having at least one through-hole (24a) and the counter alignment element (22b) has at least one counter passage recess (24b), which is arranged and designed in such a way that a clear positioning passage (99) is perpendicular to the two layers (16, 18) of the alignment element (22a) and of the counter-alignment element (22b) remains, through which at least one end of the wire can extend and whose cross-section, in particular its cross-sectional area, through a e The displacement of the alignment and counter-alignment elements (22a, 22b) relative to one another can be changed, characterized in that d) the at least one through-hole (24a) on the alignment element (22a) and the at least one counter-through-hole (24b) on the ge alignment element (22b) each have two straight edge sections (30a, 30b, 30c, 30d) which, in the respective layer (16, 18), run at an oblique angle to the direction of displacement.
2. Positioniervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschie- bepfad (34) geradlinig ist. 2. Positioning device according to claim 1, characterized in that the displacement path (34) is rectilinear.
3. Positioniervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die beiden geradlinigen Randabschnitte (30a, 30b, 30c, 30d) der min destens einen Durchgangsausnehmung (24a) und/oder der Gegendurchgangsausneh mung (24b) senkrecht zu einander verlaufen. 3. Positioning device according to one of the preceding claims, characterized in that the two straight edge sections (30a, 30b, 30c, 30d) of at least one through-hole (24a) and/or the counter-through hole (24b) run perpendicular to one another.
4. Positioniervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Durchgangsausnehmung (24a) und/oder die Gegendurchgangsaus nehmung (24b) eine Durchgangsöffnung ist. 4. Positioning device according to one of the preceding claims, characterized in that the through-hole (24a) and/or the counter-throughhole (24b) is a through-hole.
5. Positioniervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Durchgangsausnehmung (24a) und/oder die Gegendurchgangsaus- nehmung (24b) derart ausgestaltet sind, dass der Positionierdurchgang (99) das min destens eine Drahtende vollständig umschließt. 5. Positioning device according to one of the preceding claims, characterized in that the through-hole (24a) and/or the counter-through hole (24b) are designed such that the positioning hole (99) completely encloses at least one end of the wire.
6. Positioniervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Verschiebung entlang des Verschiebepfades (34) durch ein Kraftele ment (26) erzeugt wird. 6. Positioning device according to one of the preceding claims, characterized in that the displacement along the displacement path (34) by a Kraftele element (26) is generated.
7. Positioniervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Positioniereinheit (13) als Spanneinheit arbeitet, indem das mindes tens eine Drahtende zwischen dem Ausrichtelement (22a) und dem Gegenausrichtele- ment (22b) eingeklemmt wird. 7. Positioning device according to one of the preceding claims, characterized in that the positioning unit (13) works as a clamping unit by the at least one end of the wire between the alignment element (22a) and the element (22b Gegenausrichtele-) is clamped.
8. Positioniervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Positioniervorrichtung (10; 50) mehrere Positioniereinheiten (13) umfasst, die ringförmig um ein Zentrum (28) angeordnet sind und die Richtung der Verschiebung nicht zum Zentrum (28) gerichtet ist. 8. Positioning device according to one of the preceding claims, characterized in that the positioning device (10; 50) comprises a plurality of positioning units (13) which are arranged in a ring around a center (28) and the direction of displacement does not point to the center (28). is directed.
9. Positioniervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung der Verschiebung einen Winkel von mehr als 0° bis etwa 70°, insbesondere zwischen etwa 10° und etwa 45°, zum Radius (36) der ringförmigen Anordnung der Positionie reinheiten (13) aufweist. 9. Positioning device according to claim 8, characterized in that the direction of displacement forms an angle of more than 0° to about 70°, in particular between about 10° and about 45°, to the radius (36) of the ring-shaped arrangement of the positioning units (13 ) having.
10. Positioniervorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Positioniereinheiten (13) jeweils einzeln, in Gruppen oder alle ge meinsam durch einen Öffnungsmechanismus ansteuerbar sind. 10. Positioning device according to one of claims 8 to 9, characterized in that the plurality of positioning units (13) can be controlled individually, in groups or all together by an opening mechanism.
11. Positioniervorrichtung (10; 50; 60) zum Positionieren von Drahtenden (14) bei der Her- Stellung einer elektrischen Maschine (12), umfassend a) mindestens eine Positioniereinheit (13), die b) ein Ausrichtelement (22a) und ein Gegenausrichtelement (22b) aufweist, die in zwei parallelen Lagen (16, 18) übereinander angeordnet und entlang eines Ver schiebepfades (34) relativ zueinander verschiebbar sind, wobei sie sich zumindest teilweise überlagern oder überlagern lassen, c) wobei das Ausrichtelement (22a) mindestens eine Durchgangsausnehmung (24a) aufweist und das Gegenausrichtelement (22b) mindestens eine Gegendurch gangsausnehmung (24b) aufweist, welche derart angeordnet und ausgelegt sind, dass ein lichter Positionierdurchgang (99) senkrecht zu den beiden Lagen (16, 18) des Ausrichtelements (22a) und des Gegenausrichtelements (22b) verbleibt, durch welchen sich mindestens ein Drahtende hindurch erstrecken kann und dessen Querschnitt, insbesondere dessen Querschnittsfläche, durch eine Verschiebung der Ausricht- und Gegenausrichtelemente (22a, 22b) zueinander veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass d) das Ausrichtelement (22a) und/oder das Gegenausrichtelement (22b) zumindest im Bereich der Durchgangsausnehmung (24a) bzw. der Gegendurchgangsausneh mung (24b) einen Wärmeableitkontakt aus einem wärmeleitfähigeren Material aufweisen. 11. Positioning device (10; 50; 60) for positioning wire ends (14) in the manufacture of an electrical machine (12), comprising a) at least one positioning unit (13), the b) an alignment element (22a) and a counter-alignment element (22b) which are arranged in two parallel layers (16, 18) one above the other and can be displaced relative to one another along a displacement path (34), whereby they are at least partially superimposed or can be superimposed, c) the alignment element (22a) having at least one has a through-hole (24a) and the counter-alignment element (22b) has at least one counter-hole (24b) which is arranged and designed in such a way that a clear positioning passage (99) is perpendicular to the two layers (16, 18) of the alignment element (22a) and of the counter-alignment element (22b) remains, through which at least one end of the wire can extend and whose cross-section, in particular its cross-sectional area, through ei ne displacement of the alignment and counter-alignment elements (22a, 22b) relative to one another can be changed, characterized in that d) the alignment element (22a) and/or the counter-alignment element (22b) at least in the region of the through-hole (24a) or the counter-through-hole (24b ) have a heat dissipation contact made of a more thermally conductive material.
12. Verfahren zum Positionieren und Bearbeiten von Drahtenden (14) bei der Herstellung einer elektrischen Maschine (12), umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen einer Positioniervorrichtung (10; 50; 60) nach einem der vorherge henden Ansprüche; b) Führen mindestens eines Drahtendes (14) durch den Positionierdurchgang (99); c) Positionieren des mindestens einen Drahtendes (14) durch Verschieben des Aus richtelements (22a) und des Gegenausrichtelements (22b) zueinander; d) Bearbeiten des mindestens einen Drahtendes (14), insbesondere mit einem Ener giestrahl. 12. A method for positioning and processing wire ends (14) in the manufacture of an electrical machine (12), comprising the following steps: a) providing a positioning device (10; 50; 60) according to any one of the preceding claims; b) passing at least one wire end (14) through the positioning passage (99); c) positioning of the at least one wire end (14) by shifting the alignment element (22a) and the counter-alignment element (22b) relative to one another; d) processing the at least one wire end (14), in particular with an energy beam.
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Inventor name: WALTHER, JOERG