WO2020229273A1 - Greifervorrichtung - Google Patents

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WO2020229273A1
WO2020229273A1 PCT/EP2020/062623 EP2020062623W WO2020229273A1 WO 2020229273 A1 WO2020229273 A1 WO 2020229273A1 EP 2020062623 W EP2020062623 W EP 2020062623W WO 2020229273 A1 WO2020229273 A1 WO 2020229273A1
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WO
WIPO (PCT)
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receiving
copper rods
gripper device
copper
rods
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2020/062623
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rainer Janssen
Thomas SONNENBURG
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.)
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp System Engineering GmbH
Original Assignee
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp System Engineering GmbH
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Publication date
Application filed by ThyssenKrupp AG, ThyssenKrupp System Engineering GmbH filed Critical ThyssenKrupp AG
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/06—Embedding prefabricated windings in the machines
    • H02K15/062—Windings in slots; Salient pole windings
    • H02K15/064—Windings consisting of separate segments
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/04—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of windings prior to their mounting into the machines
    • H02K15/0414—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of windings prior to their mounting into the machines the windings consisting of separate elements, e.g. bars, segments or half coils
    • H02K15/0421—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of windings prior to their mounting into the machines the windings consisting of separate elements, e.g. bars, segments or half coils and consisting of single conductors, e.g. hairpins

Definitions

  • the invention relates to a gripper device for circumferentially and radially positioning a plurality of copper rods around a central axis M which describes an axial direction, the copper rods being essentially U-shaped with a first leg section, a second leg section and a transverse section connecting the two leg sections.
  • the aim is to simplify the assembly process and at the same time to improve the quality parameters during the assembly process.
  • stator elements and rotor elements manufactured using winding technology or manufactured using hair-pin technology hair-pin technology offers the possibility of increasing the power density of electric motors that are to be used in motor vehicles.
  • specially bent copper rods which are also referred to as hair pins because of their shape, are inserted into axially extending and internally or externally arranged receiving grooves of the stator element or rotor element.
  • a copper rod in the sense of this description is preferably bent in a U-shape so that it has two essentially parallel leg sections which are connected to one another by a transverse section. The two leg sections are inserted into the mounting grooves of the stator element or rotor element in the mounted state of the copper rods. The length of the transverse section determines the so-called opening angle ⁇ of the copper rod.
  • the opening angle a can be defined as the angle between the two connection radii that result in the inserted position of the copper rod in the stator element or Ro gate element between each of the leg sections and the central axis or axis of rotation of the Sta gate element or rotor element. Seen in this way, the opening angle a is a circumferential angle based on the stator element or rotor element with its central axis or axis of rotation. Furthermore, it is the case that each of the two leg sections of a copper rod in the plugged-in state is based on different radii or diameters, and the central axis or axis of rotation is also located. This radius or distance from the central axis of each leg section can be referred to as the plug radius.
  • the diameter in the stator element or rotor element on which one of the two leg sections of each copper rod is inserted is referred to as the “layer”.
  • the other of the two leg sections of each copper rod is consequently located on the adjacent diameter in the stator element or rotor element, so that this adjacent diameter knife forms another "layer”.
  • these two “layers” are referred to as “level” or stator “level”.
  • a pre-positioning in which the first thing to do is to arrange the individual copper rods both relative to one another and as a whole circumferentially.
  • the copper rods have not yet the previously described overlapping position zueinan that they must later have in the stator element or rotor element;
  • the arrangement can be referred to as a fanned-out arrangement.
  • the positioning device provided for the positioning are the copper rods positioned relative to one another in such a way that adjacent copper rods overlap and the entirety of the copper rods is put together to form a basket.
  • the positioning device reference is made to the German patent application DE 10 2016 221 355 A1 of the same applicant.
  • the object of the present invention is to provide a gripper device which is able to pick up the copper rods assembled to form a basket from the positioning device and to insert them precisely into the stator element or rotor element.
  • a gripper device for circumferentially and radially positioning a plurality of copper rods around a central axis M, which describes an axial direction, where the copper rods are essentially U-shaped with a first leg section, a second leg section and a transverse section connecting the two leg sections are formed, with an inner receiving cage and an outer receiving cage arranged concentrically to this and a receiving space formed between the two receiving cages, for receiving and positioning the copper rods, with a radial depth T of the receiving space in an axial area via an infeed movement of the inner and outer Recording cage is variable.
  • the gripper device works on the principle that a complete copper rod cage is clamped in a position as intended by varying the radial depth of the receiving space.
  • the radial depth dimension can in principle be the distance between the two receiving cages in the radial direction.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that the inner and outer receiving cages have respective advancing elements in the axial area, the advancing element of the inner receiving cage being able to be advanced radially outward and the advancing element of the outer receiving cage radially inward each being able to be advanced into the receiving space.
  • Discrete infeed elements have the advantage that they can be precisely positioned as required. An infeed movement in opposite directions is possible via the infeed elements so that the copper rods can be clamped.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that the feed elements are arranged in a ring around the central axis M in the respective receiving cage. Due to the ring-shaped arrangement, a circumferentially uniform application of the copper rods is guaranteed.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that a third feed element is arranged in the outer receiving cage in a second axial region spaced from the first.
  • a third feed element is arranged in the outer receiving cage in a second axial region spaced from the first.
  • the advantage is that the leg section of the copper rods with respect to the central axis M, A can be implemented using this additional feed element.
  • an advantageous embodiment of the invention provides that the feed elements are formed by elastic, preferably pneumatically inflatable, ring collars.
  • Elastic ring cuffs have the advantage that they adapt completely to the circumferential contour of the copper ring basket when they are impacted against the copper rods.
  • the outer ring sleeve adapts to the outer contour and the inner ring sleeve adapts to the inner contour.
  • elastic ring collars are advantageous because they clamp and support the copper rods not only in ra dialer direction, but also in the circumferential direction, namely by corresponding indentations through the support of the copper rods on the ring collars, and the ring collar between the copper rods in their spaces inserts. This provides support in the circumferential direction. It is useful that the ring cuffs are pneumatically operated, since any leaks are not critical here. In concrete terms design, a proportional valve can be provided as a pneumatic actuator for applying and venting the annular collars.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that a tappet element which can be moved into the receiving space in the receiving cages is provided concentrically in order to eject copper rods seated in the receiving space.
  • the object is also achieved by a method for inserting copper rods put together to form a basket into a stator element and / or rotor element, in which the copper rods are held elastically between concentrically arranged receiving cages of a gripping device and the copper rods are held in the stator element and via their leg sections / or rotor element are inserted.
  • An advantageous embodiment of the method provides that the copper rods are initially plugged into the stator element and / or rotor element with a pre-positioned length via their thighs and, after relieving the elastic holder, are plugged into the final position in the stator element and / or rotor element.
  • An advantageous embodiment of the method provides that a circumferential position and an angle of incidence of the limb sections with respect to the stator element and / or rotor element are adjusted by varying the holding force applied to the leg sections via the elastic holder.
  • FIG. 1 shows a schematically illustrated assembly system and process
  • FIG. 2 shows a positioning device with copper rods assembled to form a basket
  • FIG. 3 shows a stator element or rotor element with fitted copper bars
  • FIG. 5 shows a gripper device according to the invention in a cross section
  • FIG. 6 shows a detail of a gripper device and shows the depth dimension
  • FIG. 7 shows a process sequence for inserting copper rings.
  • FIG. 1 shows an exemplary and only schematically shown assembly system 100 according to the prior art and a possible assembly sequence for a plurality of copper rods 2.
  • the illustrated assembly sequence is preceded by cutting and bending the individual copper rods 2 from, for example, an endless wire, which but is not shown here.
  • the sequence in the assembly system 100 is guided from right to left in the present case.
  • the copper rods 2 are first gripped individually in a separating station 102 via a gripper 104 and hung on the subsequent workpiece carrier 106. Before the next copper rod 2 is suspended, the workpiece carrier 106 rotates further by a certain amount, so that the next copper rod 2 is suspended adjacent to the previous one.
  • the copper bars 2 are hung on the workpiece carrier 106 in a fanned-out orientation to one another.
  • the workpiece carrier 106 and a transfer device 108 following in the sequence are arranged vertically aligned with one another so that the transfer device 108 can pick up the copper rods 2 from the workpiece carrier 104.
  • the copper rods 2 are transferred to a positioning device 110.
  • the positioning device 110 the copper rods 2 are brought from the arrangement previously fanned out into the overlapping arrangement, ie via the positioning device 110 the copper rods 2 are twisted together to form a basket.
  • the twisted together to form a basket copper bars 2 are removed from the positioning device 110 by a gripper device 10 and a stator element or rotor element 114 is inserted into the grooves.
  • FIG. 2 shows an example of a positioning device 110 in a representation in which the copper rods 2 have already been transferred from a fanned out arrangement to an overlapping arrangement, so that the copper rods 2 are present as a basket.
  • FIG. 3 shows an example of a stator element or rotor element 114 for an electrical machine, for example in the form of an electric motor.
  • the reference symbols M, A denote a central axis of the stator element or rotor element 114, which represents a rotation axis in a later operation.
  • the stator element or rotor element 114 has already gone through the assembly process described above, which was outlined by way of example with the structural subdivision prepositioning, assembly preparation and assembly process. Consequently, a plurality of copper rods 2 is inserted into circumferentially arranged receiving grooves 116 of the stator element or rotor element 114.
  • each with one of their leg sections 4, 6, are inserted into a receiving groove 116, so that in each receiving groove 116 the respective leg sections 4, 6 are arranged next to one another in the radial direction.
  • the leg sections 4, 6 of each copper rod are connected to a cross section 8 mitein other.
  • the other leg sections 6, 4 of each copper rod 2 are inserted alternately in the opposite circumferential direction into corresponding receiving grooves 116.
  • a radial offset between the introduced leg sections 4, 6 of a copper rod 2 can also be seen, this radial offset to the already described overlaps of adjacent copper rods 2 leads.
  • the leg sections 4, 6, which are inserted into a receiving groove 102 are jointly surrounded by insulation 118.
  • FIG. 4 shows a gripper device 10 according to the invention in an overall view. A position is shown in which the gripper device 10 has already received the basket consisting of the copper rods 2 from the positioning device 110. It can be seen that the ends of the leg sections 6 of the copper rods 2 protrude to a certain extent downward from the gripper device 10.
  • FIG. 5 shows a gripper device 10 according to the invention in a cross section and with copper bars 2 received in the gripper device 10.
  • the gripper device 10 comprises an inner receiving cage 12 and an outer receiving cage 14 arranged concentrically to this and a receiving space 16 formed between the two receiving cages 12, 14 , for receiving and positioning the copper rods 2.
  • the inner receiving cage 12 has a feed element 20 in a lower axial region 18 and the outer receiving cage 14 has a further feed element 20.
  • the two feed elements 20, 22 are expediently opposite one another in the radial direction.
  • the inner advancing element 20 can be advanced radially outward and the outer advancing element 22 can be advanced radially inward into the receiving space 16.
  • Both infeed elements 20, 22 are preferably arranged in a ring around the central axis M in the respective receiving cage 12, 14.
  • a third feed element 26 is arranged in the outer receiving cage 14. This third feed element 26 can be fed radially inward into the receiving space 16.
  • the feed elements 20, 22, 26 can be designed as elastic Ringmanschet th.
  • a pneumatic actuator 28, for example in the form of a proportional valve, can be provided to control the feed elements 20.
  • a St withdrawelele element 30 is provided, which can retract concentrically between the two receiving cages 12, 14 in the receiving space 16 in order to push out copper rods 2 sitting in the receiving space 16.
  • a radial depth dimension T is sketched in, the greatest value to be assumed of which can correspond to the maximum radial width of the receiving space 16, for example.
  • This ma ximal depth dimension T is achieved when the delivery elements 20, 22 are not completely fed into the receiving space 16, which is not shown here.
  • the depth dimension T is varied, for example reduced or also changed in its position with respect to the radius. For example, it would be conceivable that the outer feed element 22 is not fed inwards and only the inner feed element is delivered to the outside. In this case, the set depth dimension T would be in its maximum outermost radial position.
  • FIG. 7 schematically shows a process sequence for inserting copper rods into a stator element and / or rotor element.
  • the gripper device 10 moves over the copper rods 2, which are held as a basket by the positioning device 110 on their plug diameter. The gripper device 10 moves so far over the copper rods that these continue to remain free downwards with the pre-set length.
  • the infeed elements 20, 22 and possibly the infeed element 26 are advanced outwards or inwards in order to clamp the copper rods 2 in a defined position.
  • the copper rods 2 are lifted out of the positioning device 110.
  • method step 230 the copper rods 2 are inserted into the grooves of the stator element and / or rotor element with their predefined length.
  • method step 240 the infeed elements 20, 22 and possibly the infeed element 26 are reset again and the copper rods 2 are released.
  • method step 250 the copper rods 2 with the tappet element 30 are pushed into the required position in the stator element and / or rotor element.

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

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Greifervorrichtung (10) zum umfänglichen und radialen Positionieren einer Mehrzahl an Kupferstäben (2) um eine Mittelachse (M), die eine Axialrichtung beschreibt, wobei die Kupferstäbe (2) im Wesentlichen U-förmig mit einem ersten Schenkelabschnitt, einem zweiten Schenkelabschnitt und einem beide Schenkelabschnitte verbindenden Querabschnitt ausgeformt sind.

Description

Greifervorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Greifervorrichtung zum umfänglichen und radialen Positionieren einer Mehrzahl an Kupferstäben um eine Mittelachse M, die eine Axialrichtung beschreibt, wobei die Kupferstäbe im Wesentlichen U-förmig mit einem ersten Schenkelabschnitt, einem zweiten Schen kelabschnitt und einem beide Schenkelabschnitte verbindenden Querabschnitt ausgeformt sind. Bei der Herstellung von elektrischen Maschinen, beispielsweise Elektromotoren oder Generatoren, geht es darum, den Montageprozess zu vereinfachen und gleichzeitig die Qualitätsparameter wäh rend des Montageprozesses zu verbessern. Hierbei ist zwischen in Wicklungs-Technologie herge stellten oder in Hair-Pin-Technologie hergestellten Statorelementen bzw. Rotorelementen zu un terscheiden. Die Hair-Pin-Technologie bietet die Möglichkeit die Leistungsdichte von Elektromoto ren, die in Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen sollen, zu erhöhen. Bei der Hair-Pin-Technologie werden speziell gebogene Kupferstäbe, die wegen ihrer Form auch als Hair-Pins bezeichnet wer den, in axial verlaufende und innenumfänglich oder außenumfänglich angeordnete Aufnahmenu ten des Statorelements bzw. Rotorelements eingeführt.
Im Verlauf der nachfolgenden Beschreibung wird der Begriff Kupferstab verwendet und auf den englischen Begriff Hair-Pin verzichtet. Ein Kupferstab im Sinne dieser Beschreibung ist bevorzugt U-förmig gebogen, so dass er zwei im Wesentlichen parallele Schenkelabschnitte aufweist, die von einem Querabschnitt miteinander verbunden werden. Die beiden Schenkelabschnitte sind im mon tierten Zustand der Kupferstäbe in die Aufnahmenuten des Statorelements bzw. Rotorelements eingeführt. Die Länge des Querabschnitts bestimmt den sogenannten Öffnungswinkel a des Kup ferstabes. Der Öffnungswinkel a kann definiert werden als der Winkel zwischen den beiden Ver bindungsradien, die sich in gesteckter Position des Kupferstabes in dem Statorelement bzw. Ro torelement zwischen jedem der Schenkelabschnitte und der Mittelachse bzw. Drehachse des Sta torelements bzw. Rotorelements ergeben. Der Öffnungswinkel a ist so gesehen ein Umfangswin kel bezogen auf das Statorelement bzw. Rotorelement mit seiner Mittelachse bzw. Drehachse. Wei terhin ist es so, dass jeder der beiden Schenkelabschnitte eines Kupferstabes in gestecktem Zu stand auf unterschiedlichen Radien bzw. Durchmesser bezogen auch die Mittelachse bzw. Dreh achse liegt. Dieser Radius bzw. Abstand von der Mittelachse eines jeden Schenkelabschnittes kann als Steckradius bezeichnet werden.
Der Durchmesser in dem Statorelement bzw. Rotorelement, auf dem jeweils der eine der beiden Schenkelabschnitte eines jeden Kupferstabes gesteckt ist, wird als„Layer“ bezeichnet. Auf dem benachbarten Durchmesser in dem Statorelement bzw. Rotorelement befindet sich folglich der an dere der beiden Schenkelabschnitte eines jeden Kupferstabes, so dass dieser benachbarte Durch- messer einen anderen„Layer“ bildet. Zusammen werden diese beiden„Layer“ als„Level“ bzw. Stator-“ Level“ bezeichnet.
Es gibt folglich zwei wesentliche geometrische Kriterien für einen Kupferstab, nämlich den Öff nungswinkel a und die Steckradien der beiden Schenkabschnitte, wobei diese sowohl für die ei gentliche Funktion innerhalb des Statorelements bzw. Rotorelements als auch für die Handhabung während eines Montageprozesses von Belang sind.
In jüngster Zeit werden verstärkt Anstrengungen unternommen die Hair-Pin-Technologie von ei ner überwiegend hündischen oder auch halbautomatischen Fertigung hin zu einer weitestgehend automatisierten Fertigung zu entwickeln. Diese Montagemethoden sind sehr zeitaufwändig. Auf grund der hohen Anforderungen an die Positionsgenauigkeit der Bauteile verbunden mit geringen Bauteiltoleranzen führt eine hündisch bzw. halbautomatische Fertigung zu hohen Taktzeiten und mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit zu Beschädigungen der Bauteile, was eine hohe Ausschuss rate zur Folge hat. Rotorelemente in Hair-Pin-Technologie herzustellen ist bereits seit geraumer Zeit bekannt, wie dies beispielsweise die US 1 555 931 beschreibt. Weiterhin ist in der US 1 661 344 eine Montagevorrichtung beschrieben, um Rotorelemente in Hair-Pin-Technologie herzustel len, wobei hiermit höchstens eine halbautomatische Montage durchgeführt werden kann. Struktu rell betrachtet kann der Montageprozess unterteilt werden in
1. eine Vorpositionierung, bei der es zunächst gilt, die einzelnen Kupferstäbe sowohl relativ zu einander als auch insgesamt umfänglich anzuordnen. Hierbei haben die Kupferstäbe nach er folgter Vorpositionierung noch nicht die zuvor beschriebene überlappende Position zueinan der, die sie später in dem Statorelement bzw. Rotorelement haben müssen;
2. eine Positionierung mittels einer Positioniervorrichtung, der die Kupferstäbe in der vorpositio nierten Anordnung übergeben werden und über die die Kupferstäbe in die überlappende Po sition gebracht werden und
3. den eigentlichen Montagevorgang, in dem die Kupferstäbe mittels einer weiteren Montagevor richtung in das zu bestückende Statorelement bzw. Rotorelement eingeführt werden.
Da es bei dem Montageprozess dann zu einer kurzen Taktzeit kommt, wenn möglichst viele Kup ferstäbe gleichzeitig in die entsprechenden Aufnahmenuten des Statorelements bzw. Rotorele ments eingeführt werden, wäre es wünschenswert bereits bei der Vorpositionierung eine möglichst einfache Handhabung der Kupferstäbe sicherzustellen und die Gesamtheit der für die Bestückung eines Statorelements bzw. Rotorelements bereits zusammenzustellen. Eine hierfür verwendete Vorrichtung muss demnach ein einfaches und beschädigungsfreies Anordnen der Kupferstäbe er möglichen, wobei die Kupferstäbe in dieser Anordnung sich zweckmäßigerweise noch nicht über lappen, sondern die Schenkelabschnitte jedes Kupferstabes in radialer Richtung zueinander bezo- gen auf eine Mittelachse M angeordnet sind, wobei die Kupferstäbe in ihrer Gesamtheit um diese Mittelachse M umfänglich angeordnet sind. Die Anordnung kann als aufgefächerte Anordnung be zeichnet werden. Erst mit der für die Positionierung vorgesehene Positioniervorrichtung werden die Kupferstäbe derart zueinander positioniert, dass sich benachbarte Kupferstäbe überlappen und der Gesamtheit der Kupferstäbe zu einem Korb zusammengestellt ist. Bezüglich der Positio niervorrichtung wird auf die deutsche Patentanmeldung DE 10 2016 221 355 Al des gleichen An melders verwiesen.
Ausgehend von dieser zu einem Korb zusammengestellten Positionierung der einzelnen Kupfer stäbe gilt es in dem eigentlichen Montagevorgang die Kupferstäbe aus der Positioniervorrichtung aufzunehmen und beginnend mit ihren freien Enden der Schenkelabschnitte in die Nuten eines Statorelements bzw. Rotorelements einzuführen bzw. einzustecken und zwar mit einer Genauigkeit im Bereich von 0,1mm bis 0,2mm. Hierbei könnte als ein Zielkonflikt bezeichnet werden, dass die Enden der Schenkelabschnitte einerseits mit dieser beschriebenen Genauigkeit gesteckt werden müssen, aber andererseits die Schenkelabschnitte an ihren freien Enden nicht gegriffen werden können, worüber sich aber prinzipiell die Möglichkeit der genauen Positionierung ergäbe, da die se für das Einstecken in die Nuten des Statorelements bzw. Rotorelements freigestellt bleiben müs sen.
Ausgehend hiervon besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Greifervorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, die zu einem Korb zusammengestellten Kupferstäbe aus der Positioniervorrichtung aufzunehmen und positionsgenau in das Statorelement bzw. Rotorelement zu stecken.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Greifervorrichtung zum umfänglichen und radialen Positionie ren einer Mehrzahl an Kupferstäben um eine Mittelachse M, die eine Axialrichtung beschreibt, wo bei die Kupferstäbe im Wesentlichen U-förmig mit einem ersten Schenkelabschnitt, einem zweiten Schenkelabschnitt und einem beide Schenkelabschnitte verbindenden Querabschnitt ausgeformt sind, mit einem inneren Aufnahmekäfig und einem konzentrisch zu diesem angeordneten äußeren Aufnahmekäfig und einem zwischen beiden Aufnahmekäfigen gebildeten Aufnahmeraum, zur Auf nahme und Positionierung der Kupferstäbe, wobei ein radiales Tiefenmaß T des Aufnahmeraums in einem Axialbereich über eine Zustellbewegung jeweils des inneren und des äußeren Aufnahme käfigs variierbar ist.
Die erfindungsgemäße Greifervorrichtung arbeitet nach dem Prinzip, dass ein vollständiger Kup- ferstab-Korb über das Variieren des radialen Tiefenmaßes des Aufnahmeraumes in einer bestim mungsgemäßen Position gespannt wird. Bei dem radialen Tiefenmaß kann es sich grundsätzlich um den Abstand der beiden Aufnahmekäfige in radialer Richtung handeln. Zudem kann das ra- diale Tiefenmaß aber auch die Position des Abstandes der beiden Aufnahmekäfige auf dem Ra dius bezeichnen. Es ist demnach erfindungsgemäß möglich über das Variieren des Tiefenmaßes Kupferstäbe mit unterschiedlich starken Drahtstärken als auch Kupferstab-Körbe mit unterschiedli chen Durchmessern, dem sogenannten Steckdurchmesser - über die Greifervorrichtung aufzuneh men.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass in dem Axialbereich der innere und der äußere Aufnahmekäfig jeweilige Zustellelemente aufweisen, wobei das Zustellelement des in neren Aufnahmekäfigs nach radial außen und das Zustellelement des äußeren Aufnahmekäfigs nach radial innen jeweils in den Aufnahmeraum zustellbar sind. Diskrete Zustellelemente haben den Vorteil, dass diese bedarfsgenau positioniert werden können. Über die Zustellelemente ist ei ne gegensinnige Zustellbewegung möglich, so dass die Kupferstäbe gespannt werden können. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Zustellelemente ringförmig um die Mittelachse M in dem jeweiligen Aufnahmekäfig angeordnet sind. Durch die ringförmige An ordnung ist eine umfänglich gleichmäßige Beaufschlagung der Kupferstäbe gewährleistet.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass in einem zweiten, von dem ersten be- abstandeten Axialbereich ein drittes Zustellelement in dem äußeren Aufnahmekäfig angeordnet ist. Bei dieser Anordnung kann auch von einer höhenungleichen Anordnung der Zustellelemente gesprochen werden. Der Vorteil liegt darin, dass über dieses zusätzliche Zustellelement unter schiedliche Anstellwinkel der Schenkelabschnitt der Kupferstäbe bezogen auf die Mittelachse M, A realisiert werden können. Durch ein Variieren der Anstellwinkel ist es beispielsweise möglich ein leichteres, sichereres und beschädigungsfreies Einstecken zu ermöglichen, wenn bereits ein ers tes Level im dem Statorelement bzw. Rotorelement gesteckt ist und es darum geht, eine zweites Level radial außerhalb oder radial innerhalb des ersten Levels zu stecken.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Zustellelemente durch elastische, bevorzugt pneumatisch aufblasbare, Ringmanschetten gebildet werden. Elastische Ringman schetten haben den Vorteil, dass sie sich bei Beaufschlagung gegen die Kupferstäbe vollständig der umlaufenden Kontur des Kupferring-Korbes anpassen. Hierbei passt sich die äußere Ring manschette der Außenkontur an und die innere Ringmanschette passt sich der Innenkontur an. Insbesondere sind elastische Ringmanschetten vorteilhaft, da sie die Kupferstäbe nicht nur in ra dialer Richtung spannen und abstützen, sondern auch in Umfangsrichtung und zwar indem sich durch die Abstützung der Kupferstäbe an den Ringmanschetten entsprechende Eindrückungen er geben und sich die Ringmanschette zwischen den Kupferstäbe in deren Zwischenräume einlegt. Hierüber wird eine Abstützung in Umfangsrichtung erreicht. Zweckmäßig ist es, dass die Ringman schetten pneumatisch betätigt sind, da hierbei etwaige Leckagen unkritisch sind. In konkreter Aus- gestaltung kann als pneumatisches Stellglied ein Proportionalventil zur Beaufschlagung und zum Entlüften der Ringmanschetten vorgesehen sein.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein konzentrisch zwischen den bei den Aufnahmekäfigen in den Aufnahmeraum einfahrbares Stößelelement vorgesehen ist, um in dem Aufnahmeraum einsitzende Kupferstäbe auszustoßen.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Einstecken von zu einem Korb zusammen gestellter Kupferstäbe in ein Statorelement und/oder Rotorelement, bei dem die Kupferstäbe zwi schen konzentrisch zueinander angeordneten Aufnahmekäfigen einer Greifvorrichtung elastisch gehalten werden und die Kupferstäbe über ihre Schenkelabschnitte in das Statorelement und/oder Rotorelement gesteckt werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die Kupferstäbe über ihre Schen kelabschnitte zunächst mit einer Vorstecklänge in das Statorelement und/oder Rotorelement ge steckt werden und nach einem Entlasten der elastischen Halterung auf die endgültige Position in dem Statorelement und/oder Rotorelement gesteckt werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass über eine Variation der über die elastische Halterung auf die Schenkelabschnitte aufgebrachte Haltekraft eine Umfangsposition und ein Anstellwinkel der Schenkelabschnitte bezüglich des Statorelements und/oder Rotorele ments angepasst wird.
Die Erfindung wird nachfolgend mit weiteren Merkmalen, Einzelheiten und Vorteilen anhand der beigefügten Figuren erläutert. Die Figuren illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsfor men der Erfindung. Hierin zeigen
Figur 1 eine schematisch dargestellte Montageanlage und Ablauf;
Figur 2 eine Positioniervorrichtung mit zu einem Korb zusammengestellten Kupferstäben; Figur 3 ein Statorelement bzw. Rotorelements mit bestückten Kupferstäben;
Figur 4 erfindungsgemäße Greifervorrichtung in einer Gesamtansicht;
Figur 5 eine erfindungsgemäße Greifervorrichtung in einem Querschnitt;
Figur 6 eine Detaillierung einer Greifervorrichtung und Darstellung des Tiefenmaßes und Figur 7 ein Verfahrensablauf zum Einstecken von Kupferringen.
Die Figur 1 zeigt eine exemplarische und nur schematisch dargestellte Montageanlage 100 nach dem Stand der Technik und einen hiermit möglichen Montageablauf für eine Mehrzahl an Kupfer stäben 2. Hierbei ist dem dargestellten Montageablauf das Ablängen und Biegen der einzelnen Kupferstäbe 2 aus beispielsweise einem Endlosdraht vorausgegangen, was aber vorliegend nicht dargestellt ist. Der Ablauf in der Montageanlage 100 ist vorliegend von rechts nach links geführt. Die Kupferstäbe 2 werden zunächst in einer Vereinzelungsstation 102 über einen Greifer 104 ein zeln gegriffen und auf dem nachfolgenden Werkstückträger 106 abgehangen. Vor dem Abhängen des jeweils nächsten Kupferstabs 2 dreht sich der Werkstückträger 106 um ein bestimmtes Maß weiter, so dass der nächste Kupferstab 2 benachbart zu dem vorhergehenden abgehangen wird. Die Kupferstäbe 2 werden auf dem Werkstückträger 106 in einer aufgefächerten Ausrichtung zu einander gehangen. Nachdem die Vereinzelungsstation 102 den Werkstückträger 106 komplett, d.h. umfänglich, mit Kupferstäben 2 bestückt hat, werden der Werkstückträger 106 und eine im Ablauf nachfolgende Übersetzvorrichtung 108 vertikal fluchtend zueinander angeordnet, so dass die Übersetzvorrrichtung 108 die Kupferstäbe 2 von dem Werkstückträger 104 aufnehmen kann. Von der Übersetzvorrichtung 108 werden die Kupferstäbe 2 einer Positioniervorrichtung 110 über geben. Über die Positioniervorrichtung 110 werden die Kupferstäbe 2 von der bis dahin aufgefä cherten Anordnung in die überlappende Anordnung gebracht, d.h. über die Positioniervorrrich- tung 110 werden die Kupferstäbe 2 zu einem Korb zusammengedreht. Anschließend werden die zu einem Korb zusammengedrehten Kupferstäbe 2 von einer Greifervorrichtung 10 aus der Posi tioniervorrichtung 110 entnommen und in die Nuten einen Statorelements bzw. Rotorelements 114 eingeführt.
Die Figur 2 zeigt beispielhaft eine Positioniervorrichtung 110 in einer Darstellung, in der die Kup ferstäbe 2 bereits von einer aufgefächerten Anordnung in eine überlappende Anordnung überführt wurden, so dass die Kupferstäbe 2 als Korb vorliegen.
Die Figur 3 zeigt beispielhaft ein Statorelement bzw. Rotorelement 114 für eine elektrische Maschi ne beispielsweise in Gestalt eines Elektromotors. Mit den Bezugszeichen M, A ist eine Mittelachse des Statorelement bzw. Rotorelements 114 bezeichnet, welche in einem späteren Betrieb eine Ro tationsachse darstellt. Das Statorelement bzw. Rotorelement 114 hat bereits den zuvor beschrie benen Montageprozess durchlaufen, der exemplarisch mit der strukturellen Unterteilung Vorposi tionierung, Montagevorbereitung und Montagevorgang skizziert wurde. Folglich ist in umfänglich angeordneten Aufnahmenuten 116 des Statorelements bzw. Rotorelements 114 eine Mehrzahl an Kupferstäben 2 eingeführt. Zu erkennen ist, dass vorliegend vier Kupferstäbe 2 mit jeweils einem ihrer Schenkelabschnitte 4, 6 in eine Aufnahmenut 116 eingeführt sind, so dass in jeder Aufnah menut 116 die jeweiligen Schenkelabschnitte 4, 6 in radialer Richtung nebeneinander angeord net. Die Schenkelabschnitte 4, 6 eines jeden Kupferstabes sind mit einem Querabschnitt 8 mitein ander verbunden. Ausgehend von den Schenkelabschnitten 4, 6 einer Aufnahmenut 116 sind die anderen Schenkelabschnitte 6, 4 jedes Kupferstabes 2 abwechselnd in entgegengesetzte Um fangsrichtung in entsprechende Aufnahmenuten 116 eingeführt. Zu erkennen ist weiterhin ein ra dialer Versatz zwischen den eingeführten Schenkelabschnitten 4, 6 eines Kupferstabes 2, wobei dieser radiale Versatz zu den bereits beschriebenen Überlappungen benachbarter Kupferstäbe 2 führt. Weiterhin sind die Schenkelabschnitte 4, 6, die in eine Aufnahmenut 102 eingeführt sind, gemeinsam von einer Isolation 118 umgeben.
Die Figur 4 zeigt eine erfindungsgemäße Greifervorrichtung 10 in einer Gesamtansicht. Dargestellt ist eine Position, in der die Greifervorrichtung 10 den Korb bestehend aus den Kupferstäben 2 be reits aus der Positioniervorrichtung 110 aufgenommen hat. Zu erkennen ist, dass die Enden der Schenkelabschnitte 6 der Kupferstäbe 2 nach unten aus der Greifervorrichtung 10 ein gewisses Stück herausragen.
Die Figur 5 zeigt eine erfindungsgemäße Greifervorrichtung 10 in einem Querschnitt und mit in der Greifervorrichtung 10 aufgenommenen Kupferstäben 2. Die Greifervorrichtung 10 umfasst einem inneren Aufnahmekäfig 12 und einen konzentrisch zu diesem angeordneten äußeren Aufnahme käfig 14 und einen zwischen beiden Aufnahmekäfigen 12, 14 gebildeten Aufnahmeraum 16, zur Aufnahme und Positionierung der Kupferstäbe 2. Zu erkennen ist, dass in einem unteren Axialbe reich 18 der innere Aufnahmekäfig 12 ein Zustellelement 20 aufweist und der äußere Aufnahme käfig 14 ein weiteres Zustellelement 20 aufweist. Die beiden Zustellelemente 20, 22 liegen sich zweckmäßigerweise in radialer Richtung gegenüber. Das innere Zustellelement 20 ist nach radial außen und das äußere Zustellelement 22 ist nach radial innen jeweils in den Aufnahmeraum 16 zustellbar. Beide Zustellelemente 20, 22 sind bevorzugt ringförmig um die Mittelachse M in dem jeweiligen Aufnahmekäfig 12, 14 angeordnet. In einem zweiten Axialbereich 24, der sich oberhalb des ersten Axialbereichs 18 befindet, ist ein drittes Zustellelement 26 in dem äußeren Aufnahme käfig 14 angeordnet. Dieses dritte Zustellelement 26 kann nach radial innen in den Aufnahme raum 16 zugestellt werden. Die Zustellelemente 20, 22, 26 können als elastische Ringmanschet ten ausgebildet sein. Zur Ansteuerung der Zustellelemente 20 kann ein pneumatisches Stellglied 28 beispielsweise in Gestalt eines Proportionalventils vorgesehen sein. Weiterhin ist ein Stößelele ment 30 vorgesehen, das konzentrisch zwischen den beiden Aufnahmekäfigen 12, 14 in den Auf nahmeraum 16 einfahren kann, um in dem Aufnahmeraum 16 einsitzende Kupferstäbe 2 auszu stoßen.
In der Figur 6 ist ein radiales Tiefenmaß T einskizziert, dessen größter anzunehmender Wert bei spielsweise der maximalen radialen Breite des Aufnahmeraums 16 entsprechen kann. Dieses ma ximale Tiefenmaß T ist erreicht bei vollständig nicht in den Aufnahmeraum 16 zugestellten Zustell elementen 20, 22, was vorliegend nicht dargestellt ist. Über ein Zustellen der Zustellelemente 20, 22 in den Aufnahmeraum 16 wird das Tiefenmaß T variiert, beispielsweise verkleinert oder auch in seiner Position bezüglich des Radius verändert. So wäre es beispielsweise denkbar, dass das äußere Zustellelement 22 nicht nach innen zugestellt wird und lediglich das innere Zustellelement nach außen zugestellt wird. In diesem Fall befände sich das eingestellte Tiefenmaß T in seiner ma ximal äußersten radialen Position.
Die Figur 7 gibt schematisch einen Verfahrensablauf zum Einstecken von Kupferstäben in ein Sta torelement und/oder Rotorelement wieder. In Verfahrensschritt 200 fährt die Greifervorrichtung 10 über die Kupferstäbe 2, welche als Korb von der Positionierungsvorrichtung 110 auf ihrem Steck durchmesser gehalten werden. Die Greifervorrichtung 10 fährt soweit über die Kupferstäbe, dass diese mit der vorher festgelegt Vorstecklänge weiterhin nach unten frei bleiben. In Verfahrens schritt 210 werden die Zustellelemente 20, 22 und ggf. das Zustellelement 26 nach außen bzw. innen zugestellt, um die Kupferstäbe 2 in einer definierten Position zu spannen. In Verfahrens- schritt 220 werden die Kupferstäbe 2 aus der Positionierungsvorrichtung 110 herausgehoben. In Verfahrensschritt 230 werden die Kupferstäbe 2 mit ihrer vorher festgelegten Vorstecklänge in die Nuten des Statorelements und/oder Rotorelements gesteckt. In Verfahrensschritt 240 werden die Zustellelemente 20, 22 und ggf. das Zustellelement 26 wieder zurückgestellt und die Kupferstäbe 2 freigegeben. In Verfahrensschritt 250 werden die Kupferstäbe 2 mit dem Stößelelement 30 auf die erforderliche Position in dem Statorelement und/oder Rotorelement geschoben.
Bezugszeichenliste
2 Kupferstab
4 Querabschnitt
6 Schenkelabschnitt
8 Querabschnitt
10 Greifervorrichtung
12 Aufnahmekäfig
14 Aufnahmekäfig
16 Aufnahmeraum
18 Axialbereich
20 Zustellelement
22 Zustellelement
24 Axialbereich
26 Zustellelement
28 Stellglied
30 Stößelelement
100 Montageanlage
102 Vereinzelungsstation
104 Greifer
106 Werkstückträger
108 Übersetzvorrichtung
110 Positioniervorrichtung
114 Statorelement bzw. Rotorelement
116 Aunahmenut
M Mittelachse
T Tiefenmaß

Claims

Patentansprüche
1. Greifervorrichtung (10) zum umfänglichen und radialen Positionieren einer Mehrzahl an Kupferstäben (2) um eine Mittelachse M, die eine Axialrichtung beschreibt, wobei die Kup ferstäbe (2) im Wesentlichen U-förmig mit einem ersten Schenkelabschnitt (6i), einem zweiten Schenkelabschnitt (62) und einem beide Schenkelabschnitte (6i, 62) verbindenden Querabschnitt (4) ausgeformt sind, mit
einem inneren Aufnahmekäfig (12) und einem konzentrisch zu diesem angeordneten äu ßeren Aufnahmekäfig (14) und
einem zwischen beiden Aufnahmekäfigen (12, 14) gebildeten Aufnahmeraum (16), zur Aufnahme und Positionierung der Kupferstäbe (2),
wobei ein radiales Tiefenmaß T des Aufnahmeraums (16) in einem Axialbereich (18) über eine Zustellbewegung jeweils des inneren und des äußeren Aufnahmekäfigs (12, 14) vari ierbar ist.
2. Greifervorrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in dem Axialbe reich (18) der innere und der äußere Aufnahmekäfig (12, 14) jeweilige Zustellelemente (20, 22) aufweisen, wobei das Zustellelement (20) des inneren Aufnahmekäfigs (12) nach radial außen und das Zustellelement (22) des äußeren Aufnahmekäfigs (14) nach radial innen jeweils in den Aufnahmeraum (16) zustellbar sind.
3. Greifervorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustellele mente (20, 22) ringförmig um die Mittelachse M in dem jeweiligen Aufnahmekäfig (12, 14) angeordnet sind.
4. Greifervorrichtung (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten, von dem ersten beabstandeten Axialbereich (18, 24) ein drittes Zustellelement (26) in dem äußeren Aufnahmekäfig (14) angeordnet ist.
5. Greifervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustellelemente (20, 22, 26) durch elastische, bevorzugt pneumatisch aufblasbare, Ringmanschetten gebildet werden.
6. Greifervorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als pneumati sches Stellglied ein Proportionalventil vorgesehen ist.
7. Greifervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein konzentrisch zwischen den beiden Aufnahmekäfigen (12, 14) in den Aufnahmeraum (16) einfahrbares Stößelelement (30) vorgesehen ist, um in dem Aufnahmeraum (16) einsit- zende Kupferstäbe (2) auszustoßen.
8. Verfahren zum Einstecken von zu einem Korb zusammengestellter Kupferstäbe (2) in ein Statorelement und/oder Rotorelement, bei dem die Kupferstäbe (2) zwischen konzentrisch zueinander angeordneten Aufnahmekäfigen (12, 14) einer Greifvorrichtung (10) elastisch gehalten werden und die Kupferstäbe (2) über ihre Schenkelabschnitte (6i, 62) in das Sta torelement und/oder Rotorelement gesteckt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferstäbe (2) über ihre Schenkelabschnitte (6i, 62) zunächst mit einer Vorstecklänge in das Statorelement und/oder Rotorelement gesteckt werden und nach einem Entlasten der elastischen Halte rung auf die endgültige Position in dem Statorelement und/oder Rotorelement gesteckt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Variation der über die elastische Halterung auf die Schenkelabschnitte (6i, 62) aufgebrachte Haltekraft eine Umfangsposition und ein Anstellwinkel der Schenkelabschnitte bezüglich des Stator elements und/oder Rotorelements angepasst werden.
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