WO2020249162A1 - Aufnahme- und dreheinheit, damit versehene drahtendenumformvorrichtung sowie drahtendenumformverfahren - Google Patents

Aufnahme- und dreheinheit, damit versehene drahtendenumformvorrichtung sowie drahtendenumformverfahren Download PDF

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WO2020249162A1
WO2020249162A1 PCT/DE2020/100488 DE2020100488W WO2020249162A1 WO 2020249162 A1 WO2020249162 A1 WO 2020249162A1 DE 2020100488 W DE2020100488 W DE 2020100488W WO 2020249162 A1 WO2020249162 A1 WO 2020249162A1
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wire ends
receptacles
housing
receiving
rotating unit
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Johannes Binder
Tobias Haggenmüller
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Grob Werke GmbH and Co KG
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/30—Manufacture of winding connections
    • H02K15/33—Connecting winding sections; Forming leads; Connecting leads to terminals
    • H02K15/35—Form-wound windings
    • H02K15/36—Processes or apparatus for simultaneously twisting two or more open ends of hairpins after their insertion into the machine
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • 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
    • H02K15/0428—Processes or apparatus for simultaneously twisting two or more hairpins
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    • H02K15/00—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/20—Shaping or compacting conductors or winding heads after the installation of the winding in the cores or machines; Applying fastening means on winding heads
    • H02K15/24—Shaping or compacting winding heads

Definitions

  • the invention relates to a receiving and rotating unit for use in the production of a component of an electrical machine provided with coils for receiving and rotating wire ends protruding from an annular housing of the component for the purpose of bending the wire ends into
  • the invention also relates to one provided therewith
  • Electrical machines are understood to mean, in particular, machines for converting electrical energy into kinetic energy and machines for converting kinetic energy into electrical energy. In particular, this should be understood as meaning electric motors and generators.
  • machine elements of such electrical machines such as stators or rotors, it is often necessary to connect ends of conductors formed from wires to one another or to process them in some other way, such as cutting or shaping them together.
  • Coil windings in particular of the stator, are formed from different pieces of wire, the ends of which are then connected to one another.
  • Devices and methods for connecting wire ends of so-called hairpins - essentially U-shaped bent wires - have already been proposed for forming stator windings of electrical machines, in which the wire ends are welded together.
  • wire ends also called pins
  • first reshape the wire ends protruding from the individual grooves in the housing of the component, for example after inserting hairpins or the like, in particular to widen and cross them, e.g. so as to form pairs of wire ends to be connected to one another.
  • the setting process is twisted by a defined angle in the circumferential direction using the mounting and rotating units (so-called "setting"). Usually all will
  • Pin ends which are on the same radius twisted by the same angle; radially adjacent pins are twisted in opposite directions.
  • Deformation of wire ends protruding from a housing of a component of an electrical machine in the circumferential direction are known for example from [1], [2], [3] and [4].
  • complex tools and / or complex setting processes are used.
  • a so-called "lost motion member” is used in [2], which enables defined pins to be interlaced by a smaller angle.
  • a setting tool is used for this, which has a ring segment that is movably connected to the main structure of the tool. The ring segment can be rotated through a defined angle (around the same axis around which the setting tool rotates in the process) and is fitted with springs in a
  • the main structure rotates up to a predefined angle relative to the ring segment.
  • the remaining angle rotate the ring segment and the main structure together; this creates a "lost motion" between the pin ends located on the ring segment and the pin ends positioned on the main structure.
  • pin ends that are positioned on the same radius can be set to different target angles.
  • a complex, multi-part tool is required.
  • a multi-part tool is also used for [3].
  • the tool also includes a ring segment that can only be moved in the axial direction relative to the main structure. In this process, the pin ends located in the main structure are turned one at the beginning of the process
  • Partial angle set In the next step, a ring segment is fed axially, which receives the previously unmachined pin ends with pockets.
  • axially adjustable segments are also used.
  • the difference to the device of [3] is that the segments always rotate together; for the last part of the set angle the segments are retracted axially in order to enable free-running (Jost motion ”) of defined pin ends.
  • Examples for the production of a component of an electrical machine provided with coils are known from [6] and [7], an annular housing of the component being provided with protruding wire ends.
  • hairpins are inserted into an annular housing of a stator formed from a laminated core.
  • the object of the invention is to provide simplified units, devices and methods with which different groups of wire ends can be interlaced more reliably in the circumferential direction in the same direction but at a different angle.
  • the invention creates a receiving and rotating unit according to claim 1.
  • a wire end shaping device provided therewith and a wire end shaping method are the subject of the dependent claims.
  • Advantageous configurations are the subject of the subclaims.
  • the invention provides a receiving and rotating unit for use in the manufacture of a component provided with coils of an electrical machine for receiving and rotating wire ends protruding from an annular housing of the component for the purpose of bending the wire ends in the circumferential direction
  • Wire ends that are designed such that the wire ends through
  • the relative movement of the receiving and rotating unit and the housing in the axial direction can be pushed into the receiving and can be bent in the circumferential direction by rotating the receiving and rotating unit relative to the housing, wherein the arrangement of receptacles has a first group of first receptacles for a first type of wire ends and a second group of second receptacles for a second type of wire ends, the first receptacles having a defined circumferential distance of ni * a relative to one another, and
  • the second receptacles have a defined circumferential distance of n2 x a relative to one another, and wherein the first group and the second group in
  • Circumferential direction are offset from one another by a circumferential offset b not equal to nxa, where a and b are constant linear dimensions in the circumferential direction and h-i, P2, n are natural numbers greater than zero.
  • a first and a second group of wire ends can be twisted on the same radius in the circumferential direction in the same direction, but at a different angle.
  • a third group of wire ends can also be interlaced by a further different angle.
  • the first group of wire ends can e.g. Be control pins
  • the second group of wire ends can e.g. Special pins, such as for connecting
  • Interconnection elements be on a winding formed from the wires.
  • first type of wire ends such as control pins
  • second type of wire ends such as e.g.
  • Special pins but different groups of special pins can also be used, for example two different types of special pins can be used. Accordingly, the recording and rotating unit can also have further groups of recordings for other types of
  • b is a value from 0.001 xa to 0.999xa.
  • b is a value from 0.3xa to 0.7xa.
  • Ring area and a natural number greater than 1, in particular greater than 20, is.
  • the selection of the housing grooves of the housing to be machined is selected for n3 a then corresponds to the groove pitch.
  • the receptacles are designed as grooves or pockets.
  • the receiving and rotating unit is designed as a setting crown.
  • first and second receptacles have the same radial distance from an axis of rotation of the receptacle and rotary unit.
  • the ring area is formed in one piece.
  • the receiving and rotating unit is designed in one piece.
  • the invention provides one
  • Wire end shaping device for use in the manufacture of a component provided with coils of an electrical machine, for shaping wire ends protruding from an annular housing of the component, comprising a bending device for bending wire ends in a circumferential direction, a relative movement device for relatively moving the housing and the bending device in a axial direction and a control unit, wherein the bending device has at least one receiving and rotating unit according to one of the preceding embodiments, the control being designed to carry out a first relative movement of the housing and bending device in the axial direction until wire ends of the second type that are longer the housing protrude than the wire ends of the first type, are inserted into the second receptacle, but the wire ends of the first type are not yet inserted into receptacles, then a first relative rotation between the receiving and
  • Rotary unit and housing to be carried out with wire ends of the second type inserted into the second receptacles, and then a second relative movement perform of housing and bending device until the wire ends of the first type are also inserted into the first receptacles and then perform a second relative rotation between housing and receptacle and rotating unit in order to bend the wire ends in the circumferential direction.
  • the invention provides a
  • Housing protruding wire ends in the course of the production of a component of an electrical machine provided with coils comprising:
  • a receiving and rotating unit which comprises an annular area with an annular arrangement of receptacles for the wire ends, the arrangement of receptacles having a first group of first receptacles for a first type of wire ends and a second group of second receptacles for a second type Has wire ends,
  • step a) comprises providing and / or providing a receiving and rotating unit according to one of the preceding configurations that the method is carried out with a wire end forming device according to one of the preceding configurations.
  • Is ring area and P 3 is the number of grooves in the housing from which the wire ends protrude.
  • Embodiments of the invention create devices and methods that are used to produce a winding of an electrical machine and, in particular, enable hairpins or the like to be entangled with a lost motion.
  • wire ends or pin ends that are on the same radius can be set in the same direction, but at different (target) angles.
  • the pin ends are preferably with a
  • preferred embodiments of the invention create a one-piece tool which, preferably in conjunction with a special sequence, enables the “lost motion” of defined pins.
  • the tool preferably has “special slots” which are offset from “standard slots” by an angle (preferably half the slot angle).
  • irregular pin ends are preferably first introduced into pockets (or other receptacles) of the tool.
  • the remaining pin ends are preferably inserted into the tool by rotating the tool against the setting direction and then by further axial infeed.
  • the standard and special pins are then preferably set together to the target angle.
  • Preferred embodiments of the invention have the particular advantages over the known prior art that the complexity can be reduced by a one-piece tool and / or that no widening to another radius is necessary in order to enable machining with a special tool.
  • a preferred area of application for the units, devices and methods according to embodiments of the invention is the production of components of an electrical machine provided with coils and more in particular the production of stators of electrical machines and more in particular the production of stators of electric motors that are used as traction motors for
  • Electric vehicles in particular in the power range from 10 kW to 400 kW, are designed.
  • the units, devices and methods of the present invention and their advantageous configurations are in particular in the field of the production of electric motors or other electrical ones
  • Machines such as generators, which are used for high performance
  • electric motors are to be produced which can be used as traction motors for electric vehicles or hybrid vehicles and have, for example, a nominal power between 20 kW and 400 kW.
  • stators of such powerful electrical machines it is advantageous to provide the highest possible coil density.
  • so-called hairpins are inserted into slots of a stator housing for this purpose, which slots have previously been lined with slot insulation, in particular slot insulation paper. Then the free wire ends are in the radial direction reshaped - widened / "widening" - and reshaped in the circumferential direction - "cabinets" - in order to connect pairs with one another, in particular to
  • Coil windings can be generated. Wires are preferably used for this purpose
  • the invention relates to a unit, a device and a
  • the conductors are manufactured first. Then they are put into a sheet metal package (example for the housing).
  • a sheet metal package (example for the housing).
  • wire ends then protrude from one end of the stator housing, which is designed as a laminated core. Two, three, four or even more wire ends can also protrude close to one another in each groove of the housing.
  • Preferred units, devices and methods according to the present invention can be used particularly advantageously on housings with the wire ends widened accordingly as described above.
  • Embodiments of the invention are then preferably used to shape the Wire ends inserted in the circumferential direction, preferably in such a way that pairs of wire ends to be connected to one another can be formed so as to
  • Fig. 1 is a schematic block diagram of an embodiment of a
  • FIG. 2 shows a perspective view of an exemplary embodiment for a bending device to be used in the wire end shaping device, which has a concentric arrangement of a plurality of receiving and rotating devices and drive devices for each of the receiving and rotating devices;
  • Fig. 3 is a section through the concentric arrangement of receiving and
  • FIG. 4 is a perspective view of an inner receiving and rotating unit of the arrangement of FIG. 3
  • Fig. 5 is a section through an outer receiving and rotating unit of
  • FIG. 6 shows a perspective illustration of the upper region of the receiving and rotating unit from FIG. 5
  • a wire end shaping device 10 is shown schematically for use in the production of a component of an electrical machine provided with coils.
  • the wire end shaping device 10 is for shaping wire ends 12 that protrude from an annular housing 14
  • the housing 14 is in particular a housing 14 of a stator 16, formed from a laminated core, which has a number n3 of grooves (not shown) distributed annularly around the circumference of the housing 14, into which wire sections of hairpins are inserted, with free ends of the hairpins one end of the housing 14 protrudes as wire ends 12.
  • These wire ends 12 are to be reshaped in the circumferential direction so as to form pairs of wire ends 12 which are to be connected to one another to form a winding loop of a winding of the stator 16.
  • first type of wire ends 12a e.g. The so-called rule pins, which are to be formed into such pairs in order to be connected into winding loops
  • second type of wire ends 12b e.g. B. the so-called special pins, which protrude longer here to serve to connect the winding of the stator 16 to interconnection elements or the like.
  • the wire end shaping device 10 has a bending device 18 for
  • Relative movement device 20 for relative movement of the housing 14 and the bending device 18 and a control unit 22.
  • the relative movement device 20 is designed to move the housing 14 and the bending device 18 relative to one another in a direction which is axial with respect to the central axis of the housing 14. For example, the
  • Relative movement device 20 has a housing holder 24 to which the housing 14 is attached, and a movement device 26 for moving the housing holder 24.
  • the movement device 26 can be designed differently, for example it can have a lifting device (not shown), a robot arm or the like.
  • a clamping device 28 for clamping and fixing the wire ends 12 can also be attached to the end of the housing 14 where the wire ends 12 protrude.
  • Patent applications DE 10 2018 103 929.8, PCT / DE2019 / 100162 as well as DE 10 2018 103 927.1 and PCT / DE2019 / 100085 are referred to.
  • the control unit 22 is with the bending device 18 and the
  • Relative movement device 20 connected to this according to preprogrammed flow control programs, which as computer programs in the
  • Control unit 22 can be stored to move.
  • Bending device 18 is shown in greater detail in FIG. A section through an inner region of the bending device 18 is shown in FIG. 3.
  • the bending device 18 has a first to sixth receiving and rotating device 30a-30f. Every recording and
  • Rotating device 30a-30f each has a receiving and rotating unit 32a-32f and a drive device 34a-34f.
  • Each drive device 34a-34f has an annular drive element 36a-36f and an actuator 38a-38f for driving a rotary movement of the drive element 36a-36f.
  • Drive elements 36a-36f are mounted by means of bearings 39 on ring support disks 40a-40f, which are attached to a machine frame 42.
  • the receiving and rotating units 32a-32f are arranged concentrically to one another and each fastened to an associated drive element 36a-36f by means of screws.
  • FIG. 4 shows a perspective view of the third receiving and rotating unit 32c
  • FIG. 5 shows a section through the first receiving and rotating unit 32a
  • FIG. 6 shows a perspective illustration of an upper region of the first receiving and rotating unit 32a.
  • each receiving and rotating unit 32a-32f has a setting crown 44 which comprises an annular region 45 with an annular arrangement 46 of receptacles 48, 48a, 48b for the wire ends 12a.
  • the receptacles 48 can be formed by pockets or grooves 50, furthermore a ring 52 can be provided for the setting crown 44, so that each
  • the receptacle 48 is defined by the groove 50 and the ring 52 on the setting crown 44.
  • annular arrangement 46 of the first receiving and rotating unit 32a has first receptacles 48a for receiving the first type of wire ends 12a and second receptacles 48b for receiving the second type of wire ends 12b.
  • the first receptacles 48a are regularly spaced from one another.
  • Successive first receptacles 48a have a circumferential distance a from one another.
  • the circumferential distance a depends on the distribution of the housing grooves in the housing 14.
  • a is equal to U /, where U represents the total circumference of the annular region 45 with the annular arrangement 46 and n3 the total number of housing grooves.
  • each first receptacle 48a is in
  • Arrangement 46 spaced apart by a circumferential distance ni * a, where ni is a natural number greater than 0.
  • the distances are given here, for example, from the center of the groove 50 to the center of the other groove 50.
  • each second receptacle 48b has, for. B. to another second receptacle 48b on a circumferential distance of n2 * a, where n2 is a natural number greater than 0.
  • the group of second receptacles 48b is offset from the group of first receptacles 48a in the circumferential direction by a circumferential amount b which is not a multiple of a.
  • b is between 0.01 * a to 0.99 * a, more in particular between 0.3 * a to 0.7 * a and most preferably 0.5 * a.
  • the group of second receptacles 48b is preferably half a groove pitch a to the group of first receptacles 48a in FIG
  • All receptacles 48, 48a, 48b are arranged in the annular arrangement 46 with the same radius to the central axis - corresponds to the axis of rotation of the drive devices 34a-34f.
  • the housing 14 of the stator 16 with protruding wire ends 12, 12a, 12b is basically provided, for example from the manner known [6] and / or [7].
  • Control pins protrude as the first type of wire ends 12a and special pins as the second type of wire ends 12b, with the special pins protruding further than the control pins.
  • This housing 14 is fastened to the housing holder 24.
  • Positioning of the wire ends 12, 12a, 12b may be provided. For details,
  • Patent applications DE 10 2018 103 929.8, PCT / DE2019 / 109162, DE 10 2018 103 927.1 and PCT / DE2019 / 100085 are referred to.
  • the control unit 22 then controls the relative movement device 20 and the bending device 18 so that the second receptacles 48b are aligned with the second type of wire ends 12b and thus the second type of wire ends 12b by relative movement between the housing 14 and the bending device 18 in the axial direction in the second receptacles 48b can be introduced.
  • the circumferential offset amount b is rotated in the opposite direction of rotation - that is, for example, clockwise in FIG. 6 - with the housing 14 being moved further axially to the bending device 18.
  • the first receiving and rotating unit 32a is rotated by half a groove pitch (0.5 * a) against the later setting direction.
  • the first receptacles 48a are axially aligned with the first type of wire ends 12a.
  • the first receiving and rotating unit 32a is then rotated in the setting direction, i.e. in our example in the counterclockwise direction of FIG. 6.
  • the setting direction i.e. in our example in the counterclockwise direction of FIG. 6.
  • all wire ends 12, 12a, 12b are deformed in the circumferential direction until the desired degree of deformation - target angle - is achieved .
  • the initial setting of the wire ends 12b of the second type counter to the desired twisting direction of rotation results in a smaller resulting setting angle for this second type of wire ends 12b.
  • the second type of wire ends 12b which is on the same radius as the first type of wire ends 12a, can be bent by half a slot less than this first type of wire ends 12a than the first type of wire ends 12a.
  • Wire ends 12b and a third type of wire ends 12c are interlaced differently.
  • the special pins mentioned here as an example for the second type of wire ends 12b are located in the radially innermost one Position in the respective housing grooves.
  • the other receiving and rotating units 32b-32f can have a regular arrangement of receptacles 48, as is shown in FIG. 4. They are only used for reshaping control pins - the first type of wire ends 12a that are located on other radii in the housing grooves. The reshaping of these other wire ends 12 takes place together with the reshaping of the wire ends 12, 12a, 12b of the radially outermost layer. How the joint interlacing of wire ends on different radii can be done is more precisely in the above-mentioned not previously published
  • Patent applications DE 10 2018 103 929.8, PCT / DE2019 / 100162, DE 10 2018 103 927.1 and PCT / DE2019 / 100085 are described, so that reference can also be made to them with regard to further details. These earlier patent applications also describe and explain the further steps for producing the components of the electrical machine, which components are designed, for example, as stator 16.

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Abstract

Zum Vereinfachen einer Drahtumformung von auf gleichem Radius an einem ringförmigen Gehäuse (14) vorstehenden unterschiedlichen Typen Drahtenden (12a, 12b) schafft die Erfindung eine Aufnahme- und Dreheinheit zur Verwendung bei einer Herstellung eines mit Spulen versehenen Bauteils (16) einer elektrischen Maschine zum Aufnehmen und Verdrehen von aus einem ringförmigen Gehäuse (14) des Bauteils (16) vorstehenden Drahtenden (12a, 12b) zwecks Verbiegen der Drahtenden (12a, 12b) in Umfangsrichtung, umfassend einen Ringbereich mit einer ringförmigen Anordnung von Aufnahmen für Drahtenden (12a, 12b), die derart ausgebildet sind, dass die Drahtenden (12a, 12b) durch Relativbewegung von Aufnahme- und Dreheinheit und Gehäuse (14) in axialer Richtung in die Aufnahmen einschiebbar sind und durch Relativdrehen der Aufnahme- und Dreheinheit relativ zu dem Gehäuse (14) in Umfangsrichtung biegbar sind, wobei die Anordnung von Aufnahmen eine erste Gruppe von ersten Aufnahmen für einen ersten Typ Drahtenden (12a) und eine zweite Gruppe von zweiten Aufnahmen für einen zweiten Typ Drahtenden (12b) aufweist, wobei die ersten Aufnahmen relativ zueinander einen definierten Umfangsabstand von n1xa haben, und die zweiten Aufnahmen relativ zueinander einen definierten Umfangsabstand von n2xa haben, und wobei die erste Gruppe und die zweite Gruppe in Umfangsrichtung zueinander um eine Umfangsversetzung b ungleich n2xa versetzt sind, wobei a und b konstante Streckenmaße in Umfangsrichtung sind und n1, n2, n natürliche Zahlen größer Null sind.

Description

Aufnahme- und Dreheinheit, damit versehene Drahtendenumformvorrichtung sowie Drahtendenumformverfahren
Die Erfindung betrifft eine Aufnahme- und Dreheinheit zur Verwendung bei einer Herstellung eines mit Spulen versehenen Bauteils einer elektrischen Maschine zum Aufnehmen und Verdrehen von aus einem ringförmigen Gehäuse des Bauteils vorstehenden Drahtenden zwecks Verbiegen der Drahtenden in
Umfangsrichtung. Weiter betrifft die Erfindung eine damit versehene
Drahtendenumformvorrichtung. Schließlich betrifft die Erfindung ein
Drahtendenumformverfahren zum Umformen von aus einem ringförmigen
Gehäuse vorstehenden Drahtenden im Zuge einer Herstellung eines mit Spulen versehenen Bauteils einer elektrischen Maschine.
Zum technologischen Hintergrund wird insbesondere auf die folgenden
Literaturstellen verwiesen:
[1] US 6,519,993 B2
[2] US 8,215,000 B2
[3] WO 2012/093413 A1
[4] DE 10 2014 208 082 A1
[5] DE 10 2014 206 105 B4
[6] WO 2018/233774 A1
[7] WO 2018/233771 A1
Unter elektrischen Maschinen werden insbesondere Maschinen zum Umwandeln elektrischer Energie in Bewegungsenergie und Maschinen zum Umwandeln von Bewegungsenergie in elektrische Energie verstanden. Insbesondere sind darunter Elektromotoren und Generatoren zu verstehen. Bei der Herstellung von Maschinenelementen derartiger elektrischer Maschinen, wie beispielsweise Statoren oder Rotoren, ist es oft erforderlich, Enden von aus Drähten gebildeten Leitern miteinander zu verbinden oder sonstwie gemeinsam zu verarbeiten, wie z.B. gemeinsam zu schneiden oder zu formen.
Zum Beispiel gibt es - siehe z. B. [6] und [7] - Elektromotoren, bei denen
Spulenwicklungen, insbesondere des Stators, aus unterschiedlichen Drahtstücken gebildet werden, deren Enden dann miteinander verbunden werden. Es sind bereits Vorrichtungen und Verfahren zum Verbinden von Drahtenden von sogenannten Hairpins - im Wesentlichen U-förmig gebogene Drähte - zum Bilden von Statorwicklungen von elektrischen Maschinen vorgeschlagen worden, bei denen die Drahtenden miteinander verschweißt werden. Hierbei sind
Vorrichtungen und Verfahren zum Positionieren und Verspannen der Drahtenden vor dem Verschweißen vorgesehen.
Um die Drahtenden korrekt verschweißen zu können, ist es vorteilhaft, vorher die aus den einzelnen Nuten des Gehäuses des Bauteils, zum Beispiel nach dem Einfügen von Hairpins oder dergleichen, vorstehenden Drahtenden (auch Pins genannt) zunächst umzuformen, insbesondere zu weiten und zu verschränken, z.B. um so miteinander zu verbindende Drahtendenpaare zu bilden.
Bei der Herstellung von Hairpin-Statoren werden die Pinenden beim
Schränkprozess durch Aufnahme- und Dreheinheiten um einen definierten Winkel in Umfangsrichtung verdrillt (sog. "Schränken"). Üblicherweise werden alle
Pinenden, welche sich auf demselben Radius befinden, um den gleichen Winkel verdrillt; radial benachbarte Pins werden in entgegengesetzte Richtungen verdrillt.
Um z.B. Phasenanschlüsse zu ermöglichen, beispielsweise durch das
Anschließen von Verschaltelementen, kann es vorteilhaft sein, Pinenden
(spezieller, auch als "Sonder-Hairpins" bezeichneter Hairpins, die in der Regel ein bzw. zwei längere freistehende Drahtenden haben als die "Regel-Hairpins") mit dem gleichen Radius in die gleiche Richtung, aber auf unterschiedliche Zielwinkel zu schränken. Drahtendenumformvorrichtungen mit Aufnahme- und Dreheinheiten zum
Verformen von aus einem Gehäuse eines Bauteils einer elektrischen Maschine vorstehenden Drahtenden in Umfangsrichtung sind beispielsweise aus [1 ], der [2], der [3] sowie der [4] bekannt. Im Stand der Technik werden dann, wenn Regelpins und Sonderpins verschränkt werden sollen, aufwändige Werkzeuge und/oder aufwändige Schränkverfahren eingesetzt.
So wird bei der [2] ein sogenanntes„lost motion member“ verwendet, welches es ermöglicht, definierte Pins um einen kleineren Winkel zu verschränken. Hierfür wird ein Schränkwerkzeug genutzt, das ein Ringsegment aufweist, welches beweglich mit der Hauptstruktur des Werkzeugs verbunden ist. Das Ringsegment ist rotatorisch um einen definierten Winkel beweglich (um die gleiche Achse, um die das Schränkwerkzeug im Prozess rotiert) und wird mit Federn in eine
Grundposition gedrückt. Zu Beginn des Schränkprozesses rotiert die Hauptstruktur bis zu einem vordefinierten Winkel relativ zum Ringsegment. Den verbleibenden Winkel rotieren das Ringsegment und die Hauptstruktur zusammen; dadurch wird eine„lost motion“ der auf dem Ringsegment befindlichen Pinenden gegenüber den auf der Hauptstruktur positionierten Pinenden erzeugt. Mit diesem Mechanismus können Pinenden, welche auf dem gleichen Radius positioniert sind, auf unterschiedliche Zielwinkel geschränkt werden. Allerdings ist ein aufwändiges mehrteiliges Werkzeug nötig.
Bei der [3] wird ebenfalls ein mehrteiliges Werkzeug verwendet. Das Werkzeug umfasst ebenfalls ein Ringsegment, das sich relativ zu der Hauptstruktur nur in axialer Richtung bewegen lässt. Bei diesem Verfahren werden die sich in der Hauptstruktur befindlichen Pinenden zu Beginn des Prozesses um einen
Teilwinkel geschränkt. In einem nächsten Schritt wird ein Ringsegment axial zugestellt, welches die bisher unbearbeiteten Pinenden mit Taschen aufnimmt.
Den verbleibenden Winkel rotieren das Ringsegment und die Hauptstruktur zusammen. Auch hier ist ein aufwändiges mehrteiliges Werkzeug vorgesehen.
Bei einer aus der [4] bekannten Vorrichtung werden ebenfalls axial zustellbare Segmente verwendet. Der Unterschied zur Vorrichtung der [3] besteht darin, dass die Segmente immer zusammen rotieren; für den letzten Teil des Schränkwinkels werden die Segmente axial eingefahren, um einen Freilauf (Jost motion“) definierter Pinenden zu ermöglichen.
In der [4] wird eine Biegeeinrichtung beschrieben, mit der„mit einem gleichen endgültigen Biegewinkel zur Querschnittsebene des Wicklungsträgers jedoch mit unterschiedlichen Biegelängen“ gebogen werden kann.
Aus [6] und [7] sind Beispiele für die Herstellung eines mit Spulen versehenen Bauteils einer elektrischen Maschine bekannt, wobei ein ringförmiges Gehäuse des Bauteils mit vorstehenden Drahtenden bereitgestellt wird. Hierzu werden Hairpins in ein aus einem Blechpaket gebildetes ringförmiges Gehäuse eines Stators eingefügt.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, vereinfachte Einheiten, Vorrichtungen und Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit denen zuverlässiger unterschiedliche Gruppen von Drahtenden in Umfangsrichtung in die gleiche Richtung, aber um einen unterschiedlichen Winkel verschränkt werden können.
Zum Lösen dieser Aufgabe schafft die Erfindung eine Aufnahme- und Dreheinheit nach Anspruch 1. Eine damit versehene Drahtendenumformvorrichtung sowie ein Drahtendenumformverfahren sind Gegenstand der Nebenansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung schafft gemäß einem ersten Aspekt davon eine Aufnahme- und Dreheinheit zur Verwendung bei einer Herstellung eines mit Spulen versehenen Bauteils einer elektrischen Maschine zum Aufnehmen und Verdrehen von aus einem ringförmigen Gehäuse des Bauteils vorstehenden Drahtenden zwecks Verbiegen der Drahtenden in Umfangsrichtung, umfassend
einen Ringbereich mit einer ringförmigen Anordnung von Aufnahmen für
Drahtenden, die derart ausgebildet sind, dass die Drahtenden durch
Relativbewegung von Aufnahme- und Dreheinheit und Gehäuse in axialer Richtung in die Aufnahmen einschiebbar sind und durch Relativdrehen der Aufnahme- und Dreheinheit relativ zu dem Gehäuse in Umfangsrichtung biegbar sind, wobei die Anordnung von Aufnahmen eine erste Gruppe von ersten Aufnahmen für einen ersten Typ Drahtenden und eine zweite Gruppe von zweiten Aufnahmen für einen zweiten Typ Drahtenden aufweist, wobei die ersten Aufnahmen relativ zueinander einen definierten Umfangsabstand von n-i*a haben, und
die zweiten Aufnahmen relativ zueinander einen definierten Umfangsabstand von n2xa haben, und wobei die erste Gruppe und die zweite Gruppe in
Umfangsrichtung zueinander um eine Umfangsversetzung b ungleich nxa versetzt sind, wobei a und b konstante Streckenmaße in Umfangsrichtung sind und h-i, P2, n natürliche Zahlen größer Null sind.
Damit können eine erste und eine zweite Gruppe von Drahtenden auf dem gleichen Radius in Umfangsrichtung in die gleiche Richtung, aber um einen unterschiedlichen Winkel verschränkt werden. Bei Ausgestaltungen der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zusätzlich auch eine dritte Gruppe von Drahtenden um einen weiteren unterschiedlichen Winkel verschränkt werden können. Die erste Gruppe von Drahtenden können z.B. Regelpins sein, die zweite Gruppe von Drahtenden können z.B. Sonderpins, wie z.B. zum Anschließen von
Verschaltelementen an eine aus den Drähten gebildete Wicklung sein.
Bei einigen Ausführungsformen der Erfindung finden nicht nur ein erster Typ Drahtenden (wie z.B. Regelpins) und ein zweiter Typ Drahtenden (wie z.B.
Sonderpins) Verwendung, sondern es können auch unterschiedliche Gruppen von Sonderpins verwendet werden, beispielsweise können zwei unterschiedliche Typen von Sonderpins eingesetzt werden. Demnach kann die Aufnahme- und Dreheinheit auch weitere Gruppen von Aufnahmen für weitere Typen von
Drahtenden aufweisen kann.
Es ist bevorzugt, dass b ein Wert von 0,001 xa bis 0,999xa ist. Durch Auswahl des Werts b kann der unterschiedliche Zielwinkel zwischen dem ersten und zweiten Typ Drahtenden eingestellt werden.
Es ist bevorzugt, dass b ein Wert von 0,3xa bis 0,7xa ist.
Es ist bevorzugt, dass b gleich 0,5xa ist. Es ist bevorzugt, dass für a gilt: a=U/ri3, wobei U der Gesamtumfang des
Ringbereichs ist und eine natürliche Zahl größer 1 , insbesondere größer 20, ist. Für n3 wird insbesondere die Auswahl der Gehäusenuten des zu bearbeitenden Gehäuses gewählt a entspricht dann der Nutenteilung.
Es ist bevorzugt, dass die Aufnahmen als Nuten oder Taschen ausgebildet sind.
Es ist bevorzugt, dass die Aufnahme- und Dreheinheit als Schränkkrone ausgebildet ist.
Es ist bevorzugt, dass die ersten und zweiten Aufnahmen einen gleichen radialen Abstand zu einer Drehachse der Aufnahme- und Dreheinheit haben.
Es ist bevorzugt, dass der Ringbereich einteilig ausgebildet ist.
Es ist bevorzugt, dass die Aufnahme- und Dreheinheit einteilig ausgebildet ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung eine
Drahtendenumformvorrichtung zur Verwendung bei einer Herstellung eines mit Spulen versehenen Bauteils einer elektrischen Maschine, zum Umformen von aus einem ringförmigen Gehäuse des Bauteils vorstehenden Drahtenden, umfassend eine Biegevorrichtung zum Verbiegen von Drahtenden in einer Umfangsrichtung, eine Relativbewegungsvorrichtung zum relativen Bewegen des Gehäuses und der Biegevorrichtung in einer axialen Richtung und eine Steuereinheit, wobei die Biegevorrichtung wenigstens eine Aufnahme- und Dreheinheit nach einer der voranstehenden Ausgestaltungen aufweist, wobei die Steuerung dazu ausgebildet ist, eine erste Relativbewegung von Gehäuse und Biegevorrichtung in axialer Richtung durchzuführen, bis Drahtenden des zweiten Typs, die länger aus dem Gehäuse vorstehen als die Drahtenden des ersten Typs, in die zweiten Aufnahme eingeführt sind, die Drahtenden des ersten Typs aber noch nicht in Aufnahmen eingeführt sind, dann eine erste Relativdrehung zwischen Aufnahme- und
Dreheinheit und Gehäuse mit in die zweiten Aufnahmen eingeführten Drahtenden des zweiten Typs durchzuführen, und anschließend eine zweite Relativbewegung von Gehäuse und Biegevorrichtung durchzuführen, bis auch die Drahtenden des ersten Typs in die ersten Aufnahmen eingeführt sind und anschließend eine zweite Relativdrehung zwischen Gehäuse und Aufnahme- und Dreheinheit durchzuführen, um die Drahtenden in Umfangsrichtung zu verbiegen.
Es ist bevorzugt, dass die Drehrichtungen der ersten Relativdrehung und der zweiten Relativdrehung entgegengesetzt sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung ein
Drahtendenumformverfahren zum Umformen von aus einem ringförmigen
Gehäuse vorstehenden Drahtenden im Zuge einer Herstellung eines mit Spulen versehenen Bauteils einer elektrischen Maschine, umfassend:
a) Bereitstellen einer Aufnahme- und Dreheinheit, die einen Ringbereich mit einer ringförmigen Anordnung von Aufnahmen für die Drahtenden umfasst, wobei die Anordnung von Aufnahmen eine erste Gruppe von ersten Aufnahmen für einen ersten Typ Drahtenden und eine zweite Gruppe von zweiten Aufnahmen für einen zweiten Typ Drahtenden aufweist,
b) relatives Bewegen von Gehäuse und Aufnahme- und Dreheinheit in axialer Richtung, bis Drahtenden des zweiten Typs, die länger aus dem Gehäuse vorstehen als die Drahtenden des ersten Typs, in die zweiten Aufnahme eingeführt sind, die Drahtenden des ersten Typs aber noch nicht in die ersten Aufnahmen eingeführt sind,
c) relatives Drehen von Aufnahme- und Dreheinheit und Gehäuse mit in die zweiten Aufnahmen eingeführten Drahtenden des zweiten Typs,
d) relatives Bewegen von Gehäuse und Aufnahme- und Dreheinheit in der axialen Richtung, um auch die Drahtenden des ersten Typs in die ersten
Aufnahmen einzuführen; und
e) relatives Drehen von Aufnahme- und Dreheinheit und Gehäuse mit den in die Aufnahmen eingeführten Drahtenden, um die Drahtenden des ersten und des zweiten Typs in Umfangsrichtung umzuformen.
Es ist bevorzugt, dass Schritt a) Bereitstellen einer Aufnahme- und Dreheinheit nach einer der voranstehenden Ausgestaltungen umfasst und/oder dass das Verfahren mit einer Drahtendenumform Vorrichtung nach einer der voranstehenden Ausgestaltungen durchgeführt wird.
Es ist bevorzugt, dass in Schritt a) die Aufnahme- und Dreheinheit derart bereitgestellt wird, dass für a gilt: a=U/n3, wobei U der Gesamtumfang des
Ringbereichs ist und P3 die Anzahl von Gehäusenuten des Gehäuses ist, aus denen die Drahtenden hervorstehen.
Es ist bevorzugt, dass die Drehrichtungen in den Schritten c) und e)
entgegengesetzt zueinander sind.
Ausgestaltungen der Erfindung schaffen Vorrichtungen und Verfahren, die zum Herstellen einer Wicklung einer elektrischen Maschine zum Einsatz kommen, und insbesondere eine Verschränkung von Hairpins oder dergleichen mit einer Lost Motion ermöglichen.
Beim Schränkprozess können Drahtenden bzw. Pinenden, welche sich auf einem gleichen Radius befinden, in die gleiche Richtung, aber auf unterschiedliche (Ziel-) Winkel geschränkt werden. Die Pinenden werden vorzugsweise mit einem
Werkzeug bearbeitet, bei dem sich Taschen (des Schränkwerkzeugs) auf dem gleichen Radius befinden, um potentielle Bauraumverletzungen zu vermeiden und ein qualitativ besseres Schränkergebnis zu erzielen.
Zur Vermeidung der Nachteile des Stands der Technik schaffen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ein einteiliges Werkzeug, welches vorzugsweise in Verbindung mit einem Sonderablauf die„lost motion“ definierter Pins ermöglicht.
Das Werkzeug weist vorzugsweise„Sondernuten“ auf, welche zu„Standardnuten“ um einen Winkel (vorzugsweise dem halben Nutenwinkel) versetzt sind.
Durch ein axiales Zustellen des Gehäuses (z.B. Stators) in Bezug auf das
Schränkwerkzeug werden vorzugsweise zunächst unregelmäßige Pinenden (Sonderpins) in Taschen (oder sonstige Aufnahmen) des Werkzeugs eingebracht. Durch eine Rotation des Werkzeugs entgegen der Schränkrichtung und eine anschließende weitere axiale Zustellung werden vorzugsweise die verbleibenden Pinenden (Regelpins) in das Werkzeug eingeführt.
Vorzugsweise werden anschließend die Regel- und Sonderpins zusammen auf den Zielwinkel geschränkt. Durch das anfängliche Schränken der Sonderpins entgegen der Zieldrehrichtung ergibt sich ein kleinerer resultierender
Schränkwinkel als bei den Regelpins (Winkeldifferenz auch als„lost motion“ im Stand der Technik bezeichnet).
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung haben gegenüber dem bekannten Stand der Technik insbesondere die Vorteile, dass die Komplexität durch ein einteiliges Werkzeug verringert werden kann und/oder dass kein Weiten auf einen anderen Radius notwendig ist, um eine Bearbeitung mit einem Sonderwerkzeug zu ermöglichen.
Ein bevorzugtes Einsatzgebiet für die Einheiten, Vorrichtungen und Verfahren gemäß Ausgestaltungen der Erfindung ist die Herstellung von mit Spulen versehenen Bauteilen einer elektrischen Maschine und mehr insbesondere die Herstellung von Statoren von elektrischen Maschinen und mehr insbesondere die Herstellung von Statoren von Elektromotoren, die als Fahrmotoren für
Elektrokraftfahrzeuge, insbesondere im Leistungsbereich von 10kW bis 400 kW, ausgebildet sind. Die Einheiten, Vorrichtungen und Verfahren der vorliegenden Erfindung sowie deren vorteilhafte Ausgestaltungen sind insbesondere auf dem Gebiet der Herstellung von Elektromotoren oder sonstigen elektrischen
Maschinen, wie beispielsweise Generatoren, die für hohe Leistungen,
zuverlässigen Betrieb und hohe Effizienz ausgelegt sind, geeignet und einsetzbar. Insbesondere sollen Elektromotoren hergestellt werden, die als Fahrmotoren von Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen einsetzbar sind und beispielsweise eine Nennleistung zwischen 20 kW und 400 kW aufweisen. Es ist zum Aufbau von Statoren derartiger leistungsfähiger elektrischer Maschinen vorteilhaft, eine möglichst hohe Spulendichte bereitzustellen. Insbesondere werden hierzu sogenannte Hairpins in Nuten eines Statorgehäuses eingefügt, welche Nuten zuvor mit einer Nutisolierung, insbesondere Nutisolationspapier, ausgekleidet worden sind. Anschließend werden die freien Drahtenden in radialer Richtung umgeformt - geweitet/“Weiten“ - und in Umfangsrichtung umgeformt - „Schränken“-, um Paare miteinander zu verbindender, insbesondere zu
verschweißender Drahtenden, zu formen, so dass dann geschlossene
Spulenwicklungen erzeugbar sind. Vorzugsweise werden hierzu Drähte
verwendet, die im Querschnitt nicht rund, sondern rechteckig ausgebildet sind.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine Einheit, eine Vorrichtung und ein
Verfahren zum in Umfangsrichtung gerichteten Umformen von Stableitern in elektrischen Maschinen.
Bei einer bevorzugten Herstellung von Statoren werden zunächst die Leiter hergestellt. Anschließend werden sie in ein Blechpaket (Beispiel für das Gehäuse) gefügt. Bei Verwendung von Hairpins zum Herstellen der Spulen stehen dann an einem Ende des als Blechpaket ausgebildeten Statorgehäuses Drahtenden hervor. Dabei können in jeder Nut des Gehäuses zwei, drei, vier oder auch mehr Drahtenden auch dicht nebeneinanderliegend vorstehen. Zur weiteren
Verarbeitung ist es vorteilhaft, diese Leiterenden aufzuweiten, wozu sie
vorzugsweises zunächst in radialer Richtung umgeformt werden. Dieser Prozess soll automatisiert erfolgen.
Für die darauffolgenden (automatisierten) Prozesse (insbesondere Schränken und Verbinden der Drahtenden zu Spulenwicklungen) ist es vorteilhaft, die Leiterenden so umzuformen, dass die Position innerhalb eines vordefinierten Toleranzfeldes liegt. Erfahrungsgemäß lassen sich die Leiterenden besonders gut dann reproduktiv umformen, wenn sie an ihrem freien Ende und am„Fuß" (Oberkante Blechpaket) gespannt werden. Durch das radiale Umformen der Leiterenden verkürzt sich die axiale Länge. Zur Vermeidung von Beschädigungen der
Leiterenden ist es vorteilhaft, den Längenausgleich durch eine translatorische Bewegung des Stators/ Umformwerkzeugs zu kompensieren.
Auf Gehäuse mit den entsprechend wie zuvor beschrieben geweiteten Drahtenden lassen sich bevorzugte Einheiten, Vorrichtungen und Verfahren gemäß der hier vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft anwenden. Bevorzugte
Ausgestaltungen der Erfindung werden dann vorzugsweise zum Umformen der Drahtenden in Umfangsrichtung eingesetzt, vorzugsweise derart, dass sich Paare von miteinander zu verbindenden Drahtenden bilden lassen, um so
Spulenwicklungen zu schließen. Mit Ausgestaltungen der Erfindung lassen sich insbesondere neben Regelpins, die zum Bilden von Windungsschleifen der Wicklung miteinander zu verschweißen sind, auch Sonderpins zum elektrischen Anschließen einer oder mehrerer Phasen der Wicklung oder auch mehrere unterschiedlich lange Sonderpins besonders vorteilhaft und mit geringem apparativem und steuerungstechnischem Aufwand verschränken.
Ein Ausführungsbeispiel wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:
Fig. 1 eine schematische Blockdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer
Drahtendenumformvorrichtung;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels für eine in der Drahtendenumformvorrichtung zu verwendende Biegevorrichtung, die eine konzentrische Anordnung mehrerer Aufnahme- und Dreheinrichtungen und Antriebseinrichtungen für jede der Aufnahme- und Dreheinrichtungen aufweist;
Fig. 3 einen Schnitt durch die konzentrische Anordnung von Aufnahme- und
Dreheinrichtungen der Biegevorrichtung von Fig. 2;
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer inneren Aufnahme- und Dreheinheit der Anordnung von Fig. 3
Fig. 5 einen Schnitt durch eine äußere Aufnahme- und Dreheinheit der
Anordnung von Fig. 3; und
Fig. 6 eine perspektivische Darstellung des oberen Bereichs der Aufnahme- und Dreheinheit von Fig. 5 In Fig. 1 ist schematisch eine Drahtendenumformvorrichtung 10 zur Verwendung bei einer Herstellung eines mit Spulen versehenen Bauteils einer elektrischen Maschine dargestellt. Die Drahtendenumformvorrichtung 10 ist zum Umformen von Drahtenden 12, die aus einem ringförmigen Gehäuse 14 vorstehen
ausgebildet.
Das Gehäuse 14 ist insbesondere ein aus einem Blechpaket gebildetes Gehäuse 14 eines Stators 16, welches eine Anzahl n3 von ringförmig um den Umfang des Gehäuses 14 verteilte Nuten (nicht dargestellt) aufweist, in welche Drahtabschnitte von Hairpins eingefügt sind, wobei freie Enden der Hairpins an einem Ende des Gehäuses 14 als Drahtenden 12 hervorstehen. Diese Drahtenden 12 sollen in Umfangsrichtung umgeformt werden, um so Paare von Drahtenden 12 zu bilden, die miteinander zu einer Windungsschleife einer Wicklung des Stators 16 zu verbinden sind.
Dabei gibt es einen ersten Typ Drahtenden 12a, z. B. die sogenannten Regelpins, welche zu solchen Paaren geformt werden sollen, um zu Windungsschleifen verbunden zu werden, und es gibt einen zweiten Typ Drahtenden 12b, z. B. die sogenannten Sonderpins, welche hier länger hervorstehen, um zum Anschluss der Wicklung des Stators 16 an Verschaltungselemente oder dergleichen zu dienen.
Die Drahtendenumformvorrichtung 10 weist eine Biegevorrichtung 18 zum
Verbiegen der Drahtenden 12 in Umfangsrichtung, eine
Relativbewegungsvorrichtung 20 zum relativen Bewegen des Gehäuses 14 und der Biegevorrichtung 18 und eine Steuereinheit 22 auf.
Die Relativbewegungsvorrichtung 20 ist zum relativen Bewegen des Gehäuses 14 und der Biegevorrichtung 18 in einer bezüglich der Mittelachse des Gehäuses 14 axialen Richtung ausgebildet. Beispielsweise weist die
Relativbewegungsvorrichtung 20 eine Gehäusehalterung 24 auf, an der das Gehäuse 14 befestigt ist, und eine Bewegungseinrichtung 26 zum Bewegen der Gehäusehalterung 24 auf. Die Bewegungseinrichtung 26 kann unterschiedlich ausgebildet sein, zum Beispiel kann sie eine Hubeinrichtung (nicht dargestellt), einen Roboterarm oder dergleichen aufweisen. An dem Ende des Gehäuses 14, wo die Drahtenden 12 vorstehen, kann auch eine Klemmeinrichtung 28 zum Klemmen und Fixieren der Drahtenden 12 befestigt sein.
Für nähere Einzelheiten der Drahtendenumformvorrichtung 10, der
Relativbewegungsvorrichtung 20, der Klemmeinrichtung 28 sowie der damit durchführbaren Verfahren wird auf die nicht vorveröffentlichten
Patentanmeldungen DE 10 2018 103 929.8, PCT/DE2019/100162 sowie DE 10 2018 103 927.1 und PCT/DE2019/100085 verwiesen.
Die Steuereinheit 22 ist mit der Biegevorrichtung 18 und der
Relativbewegungsvorrichtung 20 verbunden, um diese nach vorprogrammierten Ablaufsteuerungsprogrammen, welche als Computerprogramme in der
Steuereinheit 22 gespeichert sein können, zu bewegen.
Ein Ausführungsbeispiel für die in Fig. 1 lediglich als Block dargestellte
Biegevorrichtung 18 ist in größerem Detail in Fig. 2 dargestellt. Einen Schnitt durch einen inneren Bereich der Biegevorrichtung 18 ist in Fig. 3 dargestellt.
Wie Fig. 2 und 3 zeigen, weist die Biegevorrichtung 18 eine erste bis sechste Aufnahme- und Dreheinrichtung 30a-30f auf. Jede Aufnahme- und
Dreheinrichtung 30a-30f weist jeweils eine Aufnahme- und Dreheinheit 32a-32f und eine Antriebseinrichtung 34a-34f auf. Jede Antriebseinrichtung 34a-34f weist jeweils ein ringförmiges Antriebselement 36a-36f und einen Aktor 38a-38f zum Antreiben einer Drehbewegung des Antriebselements 36a-36f auf. Die
Antriebselemente 36a-36f sind mittels Lagern 39 auf Ringtragscheiben 40a-40f gelagert, welche an einem Maschinengestell 42 befestigt sind. Die Aufnahme- und Dreheinheiten 32a-32f sind konzentrisch zueinander angeordnet und jeweils an ein zugeordnetes Antriebselement 36a-36f mittels Schrauben befestigt.
Nähere Einzelheiten zum grundsätzlichen Aufbau können der DE 10 2018 103 929.8 bzw. PCT/DE2019/100162 entnommen werden. Fig. 4 zeigt perspektivisch die dritte Aufnahme- und Dreheinheit 32c, Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch die erste Aufnahme- und Dreheinheit 32a, und Fig. 6 zeigt eine perspektivische Darstellung eines oberen Bereichs der ersten Aufnahme- und Dreheinheit 32a. Wie aus diesen Figuren ersichtlich, weist jede Aufnahme- und Dreheinheit 32a-32f eine Schränkkrone 44 auf, die einen Ringbereich 45 mit einer ringförmigen Anordnung 46 von Aufnahmen 48, 48a, 48b für die Drahtenden 12a umfasst.
Die Aufnahmen 48 können durch Taschen oder Nuten 50 gebildet sein, weiter kann ein Ring 52 für die Schränkkrone 44 vorgesehen sein, so dass jede
Aufnahme 48 durch die Nut 50 und den Ring 52 an der Schränkkrone 44 definiert wird.
Während die in Fig. 4 gezeigte dritte Aufnahme- und Dreheinheit 32d nur gleichmäßig um den Umfang verteilte Aufnahmen 48 aufweist, weist die
ringförmige Anordnung 46 der ersten Aufnahme- und Dreheinheit 32a wie in Fig. 6 gezeigt erste Aufnahmen 48a zum Aufnehmen des ersten Typs Drahtenden 12a und zweite Aufnahmen 48b zum Aufnehmen des zweiten Typs Drahtenden12b auf.
Die ersten Aufnahmen 48a sind regelmäßig zueinander beabstandet.
Aufeinanderfolgende erste Aufnahmen 48a haben einen Umfangsabstand a zueinander. Der Umfangsabstand a hängt von der Verteilung der Gehäusenuten in dem Gehäuse 14 ab. Insbesondere ist a gleich U/ , wobei U den Gesamtumfang des Ringbereichs 45 mit der ringförmigen Anordnung 46 und n3 die Gesamtanzahl der Gehäusenuten darstellt. Somit ist jede erste Aufnahme 48a in
Umfangsrichtung zu einer anderen ersten Aufnahme 48a der ringförmigen
Anordnung 46 um einen Umfangsabstand ni*a beabstandet, wobei ni eine natürliche Zahl größer 0 ist. Die Abstände werden hier zum Beispiel von der Mitte der Nut 50 zur Mitte der anderen Nut 50 angegeben.
Auch die zweiten Aufnahmen 48b sind regelmäßig zueinander beabstandet, d. h. jede zweite Aufnahme 48b weist z. B. zu einer anderen zweiten Aufnahme 48b einen Umfangsabstand von n2*a auf, wobei n2 eine natürliche Zahl größer 0 ist. Allerdings ist die Gruppe zweiter Aufnahmen 48b zu der Gruppe von ersten Aufnahmen 48a in Umfangsrichtung um einen Umfangsbetrag b versetzt, der kein Vielfaches von a ist. Insbesondere beträgt b zwischen 0,01 *a bis 0,99*a, mehr insbesondere zwischen 0,3*a bis 0,7*a und am meisten bevorzugt 0,5*a. Mit anderen Worten ist vorzugsweise die Gruppe zweiter Aufnahmen 48b um eine halbe Nutenteilung a zu der Gruppe der ersten Aufnahmen 48a in
Umfangsrichtung versetzt.
Alle Aufnahmen 48, 48a, 48b sind in der ringförmigen Anordnung 46 mit gleichem Radius zu der Mittelachse - entspricht der Drehachse der Antriebseinrichtungen 34a-34f - angeordnet.
Mit einer solchen Drahtendenumformvorrichtung 10 lässt sich das folgende Drahtendenumformverfahren durchführen.
Zunächst wird grundsätzlich zum Beispiel aus der [6] und/oder [7] bekannten Weise das Gehäuse 14 des Stators 16 mit vorstehenden Drahtenden 12, 12a, 12b bereitgestellt. Dabei stehen als erster Typ Drahtenden 12a Regelpins und als zweiter Typ Drahtenden 12b Sonderpins hervor, wobei die Sonderpins weiter vorstehen als die Regelpins. Dieses Gehäuse 14 wird an der Gehäusehalterung 24 befestigt. Weiter kann die Klemmeinrichtung 28 zum Klemmen und
Positionieren der Drahtenden 12, 12a, 12b vorgesehen sein. Für nähere
Einzelheiten hierzu wird auf die vorgenannten nicht vorveröffentlichten
Patentanmeldungen DE 10 2018 103 929.8, PCT/DE2019/109162, DE 10 2018 103 927.1 und PCT/DE2019/100085 verwiesen.
Die Steuereinheit 22 steuert dann die Relativbewegungsvorrichtung 20 und die Biegevorrichtung 18 so an, dass die zweiten Aufnahmen 48b mit dem zweiten Typ Drahtenden 12b ausgerichtet sind und so der zweite Typ Drahtenden 12b durch Relativbewegung zwischen Gehäuse 14 und Biegevorrichtung 18 in axialer Richtung in die zweiten Aufnahmen 48b eingeführt werden.
Wenn zum Beispiel die Drahtenden 12 bei dem Drahtendenumformverfahren im Gegenuhrzeigersinn in Fig. 6 gesehen umgebogen werden sollen, wird die erste Aufnahme- und Dreheinheit 32a mit den in die zweiten Aufnahmen 48b
aufgenommenen zweiten Typ Drahtenden 12b zunächst um den
Umfangsversetzungsbetrag b in die entgegengesetzte Drehrichtung - also zum Beispiel im Uhrzeigersinn in Fig. 6 - gedreht, wobei das Gehäuse 14 weiter axial zu der Biegevorrichtung 18 bewegt wird. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel sind die zweiten Aufnahmen 48b um eine halbe Nutenteilung (b=0,5*a) versetzt. Somit wird bei dieser ersten Drehung die erste Aufnahme- und Dreheinheit 32a um eine halbe Nutenteilung (0,5*a) entgegen der späteren Schränkrichtung gedreht. Hierdurch werden die ersten Aufnahmen 48a zu dem ersten Typ Drahtenden 12a axial ausgerichtet. Durch weitere axial aufeinander Zubewegung zwischen Gehäuse 14 und Biegevorrichtung 18 werden die
Drahtenden 12a des ersten Typs in die ersten Aufnahmen 48a eingeführt.
Anschließend erfolgt eine Drehung der ersten Aufnahme -und Dreheinheit 32a in der Schränkrichtung, also in unserem Beispiel im Gegenuhrzeigersinn von Fig. 6. Dadurch werden alle Drahtenden 12, 12a, 12b in Umfangsrichtung umgeformt, bis der gewünschte Grad an Umformung - Zielwinkel - erreicht wird.
Durch das anfängliche Schränken der Drahtenden 12b des zweiten Typs entgegen der gewünschten Schränkdrehrichtung ergibt sich ein kleinerer resultierender Schränkwinkel bei diesem zweiten Typ Drahtenden 12b.
Bei dem hier dargestellten Beispiel, wo b einer halben Nutenteilung entspricht, lassen sich so zum Beispiel der zweite Typ Drahtenden 12b, der sich auf dem gleichen Radius wie der erste Typ Drahtenden 12a befindet, gegenüber diesen ersten Typ Drahtenden 12a um eine halbe Nutenteilung weniger umbiegen als der erste Typ Drahtenden 12a. Selbstverständlich sind dies nur Beispiele, auch andere Winkelversetzungen sind möglich. Auch könnten eine zweiter Typ
Drahtenden 12b und ein dritter Typ Drahtenden 12c (durch entsprechende dritte Aufnahmen, die um den gewünschten Betrag versetzt sind) unterschiedlich verschränkt werden.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel befinden sich die hier als Beispiel für den zweiten Typ Drahtenden 12b genannten Sonderpins in der radial innersten Lage in den jeweiligen Gehäusenuten. Dementsprechend weist die erste Aufnahme- und Dreheinheit 32a die hier anhand der Fig. 6 erläuterte
Sonderanordnung von ersten Aufnahmen 48a und zweiten Aufnahmen 48b auf. Die übrigen Aufnahme- und Dreheinheiten 32b-32f können eine regelmäßige Anordnung von Aufnahmen 48 aufweisen, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Sie werden nur zur Umformung von Regelpins - erster Typ Drahtenden 12a verwendet, die sich auf anderen Radien in den Gehäusenuten befinden. Das Umformen dieser anderen Drahtenden 12 erfolgt zusammen mit dem Umformen der Drahtenden 12, 12a, 12b der radial äußersten Lage. Wie das gemeinsame Verschränken von Drahtenden auf unterschiedlichen Radien erfolgen kann, ist genauer in den oben bereits genannten nicht vorveröffentlichten
Patentanmeldungen DE 10 2018 103 929.8, PCT/DE2019/100162, DE 10 2018 103 927.1 und PCT/DE2019/100085 beschrieben, so dass auch bezüglich weiterer Einzelheiten auf diese verwiesen werden kann. In diesen früheren Patentanmeldungen sind auch die weiteren Schritte zum Herstellen des zum Beispiel als Stator 16 ausgebildeten Bauteile der elektrischen Maschine beschrieben und erläutert.
Bezugszeichenliste:
10 Drahtendenumformvorrichtung
12 Drahtende
12a erster Typ Drahtenden
12b zweiter Typ Drahtenden
14 Gehäuse
16 Stator
18 Biegevorrichtung
20 Relativbewegungsvorrichtung
22 Steuereinheit
24 Gehäusehalterung
26 Bewegungseinrichtung
28 Klemmeinrichtung
30a erste Aufnahme- und Dreheinrichtung
30b zweite Aufnahme- und Dreheinrichtung
30c dritte Aufnahme- und Dreheinrichtung
30d vierte Aufnahme- und Dreheinrichtung
30e fünfte Aufnahme- und Dreheinrichtung
30f sechste Aufnahme- und Dreheinrichtung
32a erste Aufnahme- und Dreheinheit
32b zweite Aufnahme- und Dreheinheit
32c dritte Aufnahme- und Dreheinheit
32d vierte Aufnahme- und Dreheinheit
32e fünfte Aufnahme- und Dreheinheit
32f sechste Aufnahme- und Dreheinheit
34a erste Antriebseinrichtung
34b zweite Antriebseinrichtung
34c dritte Antriebseinrichtung
34d vierte Antriebseinrichtung
34e fünfte Antriebseinrichtung
34f sechste Antriebseinrichtung
36a erstes Antriebselement
36b zweites Antriebselement
36c drittes Antriebselement d viertes Antriebselemente fünftes Antriebselementf sechstes Antriebselementa erster Aktor
b zweiter Aktor
c dritter Aktor
d vierter Aktor
e fünfter Aktor
f sechster Aktor
Lager
a erste Ringtragscheibeb zweite Ringtragscheibec dritte Ringtragscheibed vierte Ringtragscheibee fünfte Ringtragscheibef sechste Ringtragscheibe Maschinengestell Schränkkrone
Ringbereich
ringförmige Anordnung Aufnahme
a erste Aufnahmeb zweite Aufnahme
Nut
Ring

Claims

Ansprüche:
1. Aufnahme- und Dreheinheit (32a) zur Verwendung bei einer Herstellung eines mit Spulen versehenen Bauteils einer elektrischen Maschine zum
Aufnehmen und Verdrehen von aus einem ringförmigen Gehäuse (14) des Bauteils vorstehenden Drahtenden (12a, 12b) zwecks Verbiegen der Drahtenden (12a, 12b) in Umfangsrichtung, umfassend
einen Ringbereich (45) mit einer ringförmigen Anordnung (46) von Aufnahmen (48a, 48b) für Drahtenden (12a, 12b), die derart ausgebildet sind, dass die Drahtenden (12a, 12b) durch Relativbewegung von Aufnahme- und Dreheinheit (32a) und Gehäuse (14) in axialer Richtung in die Aufnahmen (48a, 48b) einschiebbar sind und durch Relativdrehen der Aufnahme- und Dreheinheit (32a) relativ zu dem Gehäuse (14) in Umfangsrichtung biegbar sind,
wobei die Anordnung (46) von Aufnahmen (48a, 48b) eine erste Gruppe von ersten Aufnahmen (48a) für einen ersten Typ Drahtenden (12a) und eine zweite Gruppe von zweiten Aufnahmen (48b) für einen zweiten Typ Drahtenden (12b) aufweist, wobei die ersten Aufnahmen (48a) relativ zueinander einen definierten Umfangsabstand von n-i*a haben, und
die zweiten Aufnahmen (48b) relativ zueinander einen definierten
Umfangsabstand von n2xa haben, und wobei die erste Gruppe und die zweite Gruppe in Umfangsrichtung zueinander um eine Umfangsversetzung b ungleich nxa versetzt sind, wobei a und b konstante Streckenmaße in Umfangsrichtung sind und h-i, P2, n natürliche Zahlen größer Null sind.
2. Aufnahme- und Dreheinheit (32a) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
2.1 dass b ein Wert von 0,001 xa bis 0,999xa ist und/oder
2.2 dass b ein Wert von 0,3xa bis 0,7xa ist und/oder
2.3 dass b gleich 0,5xa ist und/oder
2.4 dass für a gilt: a=U/n3, wobei U der Gesamtumfang des Ringbereichs (45) ist und n3 eine natürliche Zahl größer 1 , insbesondere größer 20, ist.
3. Aufnahme- und Dreheinheit (32a) nach einem der voranstehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
3.1 dass die Aufnahmen (48a, 48b) als Nuten (50) oder Taschen ausgebildet sind und/oder
3.2 dass die Aufnahme- und Dreheinheit (32a) als Schränkkrone (44) ausgebildet ist und/oder
3.3 dass die ersten und zweiten Aufnahmen (48a, 48b) einen gleichen radialen Abstand zu einer Drehachse der Aufnahme- und Dreheinheit (32a) haben und/oder
3.4 dass der Ringbereich (45) einteilig ausgebildet ist und/oder
3.5 dass die Aufnahme- und Dreheinheit (32a) einteilig ausgebildet ist.
4. Drahtendenumformvorrichtung (10) zur Verwendung bei einer Herstellung eines mit Spulen versehenen Bauteils einer elektrischen Maschine, zum
Umformen von aus einem ringförmigen Gehäuse (14) des Bauteils vorstehenden Drahtenden (12, 12a, 12b), umfassend eine Biegevorrichtung (18) zum Verbiegen von Drahtenden (12, 12a, 12b) in einer Umfangsrichtung, eine
Relativbewegungsvorrichtung (20) zum relativen Bewegen des Gehäuses (14) und der Biegevorrichtung (18) in einer axialen Richtung und eine Steuereinheit (22), wobei die Biegevorrichtung (18) wenigstens eine Aufnahme- und Dreheinheit (32a) nach einem der voranstehenden Ansprüche aufweist, wobei die Steuerung dazu ausgebildet ist, eine erste Relativbewegung von Gehäuse (14) und
Biegevorrichtung (18) in axialer Richtung durchzuführen, bis Drahtenden (12b) des zweiten Typs, die länger aus dem Gehäuse (14) vorstehen als die Drahtenden (12a) des ersten Typs, in die zweiten Aufnahme (48b) eingeführt sind, die
Drahtenden (12a) des ersten Typs aber noch nicht in Aufnahmen eingeführt sind, dann eine erste Relativdrehung zwischen Aufnahme- und Dreheinheit (32a) und Gehäuse (14) mit in die zweiten Aufnahmen (48b) eingeführten Drahtenden (12b) des zweiten Typs durchzuführen, und anschließend eine zweite Relativbewegung von Gehäuse (14) und Biegevorrichtung (18) durchzuführen, bis auch die Drahtenden (12a) des ersten Typs in die ersten Aufnahmen (48a) eingeführt sind und anschließend eine zweite Relativdrehung zwischen Gehäuse (14) und
Aufnahme- und Dreheinheit (32a) durchzuführen, um die Drahtenden (12a, 12b) in Umfangsrichtung zu verbiegen.
5. Drahtendenumformvorrichtung (10) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Drehrichtungen der ersten Relativdrehung und der zweiten
Relativdrehung entgegengesetzt sind.
6. Drahtendenumformverfahren zum Umformen von aus einem ringförmigen Gehäuse (14) vorstehenden Drahtenden (12a, 12b) im Zuge einer Herstellung eines mit Spulen versehenen Bauteils einer elektrischen Maschine, umfassend: a) Bereitstellen einer Aufnahme- und Dreheinheit (32a), die einen Ringbereich (45) mit einer ringförmigen Anordnung (46) von Aufnahmen (48a, 48b) für die Drahtenden (12a, 12b) umfasst, wobei die Anordnung (46) von Aufnahmen (48a, 48b) eine erste Gruppe von ersten Aufnahmen (48a) für einen ersten Typ
Drahtenden (12a) und eine zweite Gruppe von zweiten Aufnahmen (48b) für einen zweiten Typ Drahtenden (12b) aufweist,
b) relatives Bewegen von Gehäuse (14) und Aufnahme- und Dreheinheit (32a) in axialer Richtung, bis Drahtenden (12b) des zweiten Typs, die länger aus dem Gehäuse (14) vorstehen als die Drahtenden (12a) des ersten Typs, in die zweiten Aufnahme (48b) eingeführt sind, die Drahtenden (12a) des ersten Typs aber noch nicht in die ersten Aufnahmen (48a) eingeführt sind,
c) relatives Drehen von Aufnahme- und Dreheinheit (32a) und Gehäuse (14) mit in die zweiten Aufnahmen (48b) eingeführten Drahtenden (12b) des zweiten Typs,
d) relatives Bewegen von Gehäuse (14) und Aufnahme- und Dreheinheit (32a) in der axialen Richtung, um auch die Drahtenden (12a) des ersten Typs in die ersten Aufnahmen (48a) einzuführen; und
e) relatives Drehen von Aufnahme- und Dreheinheit (32a) und Gehäuse (14) mit den in die Aufnahmen (48a, 48b) eingeführten Drahtenden (12a, 12b), um die Drahtenden (12a, 12b) des ersten und des zweiten Typs in Umfangsrichtung umzuformen.
7. Drahtendenumformverfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass Schritt a) Bereitstellen einer Aufnahme- und Dreheinheit (32a) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 umfasst und/oder
dass das Verfahren mit einer Drahtendenumformvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 4 oder 5 durchgeführt wird.
8. Drahtendenumformverfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Schritt a) die Aufnahme- und Dreheinheit (32a) derart bereitgestellt wird, dass für a gilt: a=U/n3, wobei U der Gesamtumfang des Ringbereichs (45) ist und n3 die Anzahl von Gehäusenuten des Gehäuses (14) ist, aus denen die
Drahtenden (12a, 12b) hervorstehen.
9. Drahtendenumformverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
dass die Drehrichtungen in den Schritten c) und e) entgegengesetzt zueinander sind.
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