DE10040978A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Blechpaketen - Google Patents

Abstract

Eine Maschine zur Herstellung von Blechpaketen, insbesondere für drehende elektrische Maschinen, weist sowohl eine Bearbeitungseinheit zur Herstellung der Bleche als auch eine Schweißeinheit zum Verschweißen der aufgestapelten Bleche miteinander auf. Vorzugsweise werden zur Herstellung der Bleche und zum Verschweißen derselben vorhandene Maschinenkomponenten, wie bspw. ein Laser, gemeinsam genutzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Maschine und ein Verfahren zur Herstellung von Blechpaketen, insbesondere zur Herstel­ lung von Stator- und Rotorblechpaketen für elektrische Ma­ schinen.

Insbesondere die Blechpakete elektrischer bewegter Maschinen, wie bspw. Elektromotoren, Generatoren und ähnli­ ches, sind durch gestapelte Bleche gebildet, die miteinander verbunden sind. Die einzelnen Bleche sind bspw. scheiben- oder ringförmig und sind von einem Rohmaterial, bspw. einem Blechband, abzutrennen. In einem weiteren Fertigungsschritt sind die Bleche dann in vorgegebener Lage zueinander mitein­ ander zu verbinden. Es ist Aufgabe der Erfindung, die Her­ stellung der Blechpakete mit geringem Aufwand zu ermöglichen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Herstellung der Blech­ pakete möglichst zu vereinfachen.

Dies wird gemäß Anspruch 1 mit einer Maschine zur Her­ stellung von Blechpaketen erreicht, die sowohl die einzelnen Bleche herstellt als auch verbindet, indem sie die Bleche zunächst aus Blech ausschneidet und die ausgeschnittenen Bleche zueinander ausgerichtet stapelt und sie miteinander verschweißt, um bspw. ein Statorblechpaket oder ein Rotor­ blechpaket auszubilden. Dazu weist die Maschine wenigstens eine Bearbeitungseinheit zum Ausschneiden der Kontur ein­ zelner Bleche, eine Stapeleinrichtung, eine Ausrichtein­ richtung, eine Aufnahmeeinrichtung für die Bleche und eine Schweißeinrichtung auf.

Die Bearbeitungseinheit ist dazu vorgesehen, die gesamte Kontur der einzelnen Bleche herzustellen. Sie kann dazu ein oder mehrere Scherwerkzeuge, wie bspw. Stanzen, Nutstanzen, Lochstanzen oder dgl. sowie Strahlwerkzeuge zum Durchtrennen des Blechs aufweisen. Derartige Strahlwerkzeuge können bspw. Laser oder auch Wasserstrahl-Schneidwerkzeuge sein. Darüber hinaus ist es von Vorteil, in der Bearbeitungseinheit, die zum Ausschneiden der Kontur einzelner Bleche dient, unter­ schiedliche Schneidtechniken miteinander zu kombinieren. Bspw. können die Nuten eines genuteten Stator- oder Rotor­ blechs mit einer Nutstanze ausgestanzt werden, während sons­ tige Konturen, bspw. mit einem Laserstrahl oder einem ander­ weitigen Schneidwerkzeug hergestellt werden. Bedarfsweise ist es möglich, die gesamte Kontur oder eine mehrere Nuten umfas­ sende Kontur mit einer Stanze in einem Hub herzustellen. Im einfachsten Fall wird eine Nutenstanze vorgesehen, die genau eine Nut ausstanzt, wobei das betreffende Blech dann, bspw. mittels eines Vorschubfingers, der Nutenteilung entsprechend schrittweise positioniert wird.

Besonders vorteilhaft ist die Integration einer Schweiß­ station in die erfindungsgemäße Maschine, wenn diese zum Schneiden oder Vorschneiden der Bleche ohnehin bereits mit einer Lasereinrichtung versehen ist. Der Laser kann dabei als Energiequelle sowohl zum Schneiden, als auch zum Schweißen genutzt werden. Durch eine geeignete Strahlführung kann der Laserstrahl sowohl vor der Stanzeinrichtung zum Schneiden, als auch nach dieser zum Schweißen wirksam werden. Dabei ist es sowohl möglich, für das Schneiden wie auch für das Schwei­ ßen ein- und denselben Laserkopf zu verwenden, der dann entsprechend an der Schneidstation oder der Schweißstation positioniert und dem jeweiligen Bearbeitungsweg entsprechend geführt wird, als auch unterschiedliche Köpfe (Schneidkopf und Schweißkopf) vorzusehen, die von ein- und demselben Laser gespeist werden. Dabei ist es bspw. möglich, die Laserköpfe über eine Strahlweiche an den Laser anzuschließen. Die Posi­ tionierung der beiden Laserköpfe kann dann mittels getrennter Positioniereinrichtungen unabhängig voneinander durchgeführt werden. Alternativ ist es möglich, beide Laserköpfe mittels einer gemeinsamen Positioniereinrichtung zu bewegen und positionieren. Dies insbesondere, weil die Laserköpfe vor­ zugsweise alternierend, d. h. nicht gleichzeitig, betrieben werden. Der Laser kann mittels eines Shutters oder anderwei­ tiger Einrichtungen im Impulsbetrieb oder auch im Dauer­ betrieb arbeiten. Es ist auch möglich, den Laser bei den unterschiedlichen Bearbeitungsvorgängen (Schneiden, Schwei­ ßen) mit unterschiedlichen Strahlqualitäten arbeiten zu lassen, indem z. B. Modenblenden vorgesehen werden. Die Strahlqualität kann dabei an den jeweiligen Bearbeitungs­ vorgang angepasst werden.

Zweckmäßig ist die mögliche Zweifachnutzung der Laser­ einrichtung zum Schneiden oder Vorschneiden der Bleche und zum Verschweißen fertiger Bleche miteinander auch hinsicht­ lich der Ausnutzung und Aufteilung des Betriebs des Lasers. Bspw. kann es zweckmäßig sein, jedes dem Stapel neu zugeführ­ te Blech jeweils mit einigen Schweißpunkten mit dem vorher­ gehenden Blech des Stapels zu verbinden. Zur Erzeugung des Schweißpunkts ist jeweils nur eine sehr kurze Zeit erforder­ lich, so dass die übrige Betriebszeit für das Schneiden zur Verfügung steht. Es ist aber ebenso möglich, die Bleche des Stapels erst dann miteinander zu verschweißen, wenn der Stapel seine gewünschte Höhe (Blechzahl) hat. Zum Beispiel können die Bleche beim Stapeln geheftet (z. B. versetzte Schweißpunkte wie in Fig. 7) und später vollständig ver­ schweißt werden. Unter Umständen kann die Vorheftung ohne Axialdruck erfolgen, wobei die Endverschweißung jedoch unter axialer Spannung des Blechstapels erfolgt.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung, der nachfolgen­ den Beschreibung oder Unteransprüchen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Maschine, in schematischer Darstellung,

Fig. 2 die Maschine nach Fig. 1, in vereinfachter und perspektivischer Übersichtdarstellung,

Fig. 3 eine Funktionseinheit der Maschine nach Fig. 2, in Prinzipdarstellung,

Fig. 4 eine abgewandelte Ausführungsform der Funktions­ einheit zum Schneiden und Schweißen für die Maschine nach Fig. 2,

Fig. 5 eine abgewandelte Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Maschine nach Fig. 1, in einer Draufsicht,

Fig. 6 und

Fig. 7 von der Maschine nach Fig. 2 oder 5 erzeugte Statorblechpakete mit punktweise verschweißten Blechen, in ausschnittsweiser perspektivischer Darstellung,

Fig. 8 ein Statorblechpaket, erzeugt von der Maschine nach Fig. 2 oder Fig. 5, mit durch Schweißnähte verschweiß­ ten Statorblechen, in ausschnittsweiser perspektivischer Darstellung,

Fig. 9 ein Statorblechpaket mit einzeln verschweißten Statorblechen, in ausschnittsweiser Draufsicht,

Fig. 10 ein Statorblechpaket und zwei auf das Stator­ blechpaket einwirkenden Laserköpfen einzeln verschweißten Statorblechen, in ausschnittsweiser Draufsicht, und

Fig. 11 ein Statorblechpaket mit Schweißstellen, in ausschnittsweiser Schnittdarstellung.

In Fig. 1 ist eine kombinierte Zuschnitt- und Schweiß­ maschine 1 veranschaulicht, die der Herstellung von Rotor- und Statorblechpaketen 2 dient, die als geblechter Eisenkern für Elektromotoren vorgesehen sind. Die Maschine 1 erhält dazu kaltgewalztes Elektromotoren- oder Siliziumblech 3, bspw. als Band und gibt über ein als Ausbringeinrichtung dienende Fördereinrichtung fertige Rotor- oder Statorblech­ pakete ab.

Der prinzipielle Aufbau der Maschine 1 ist in Fig. 2 oder alternativ Fig. 5 veranschaulicht. Zu der Maschine 1 gehört zunächst eine Einrichtung 5 zum Zuführen des Blechs 3. Zu der Einrichtung 5 gehören bspw. zwei an einem Grundgestell 4 drehbar gelagerte Walzen 6, 7, die außerdem mit einer nicht weiter veranschaulichten Antriebseinrichtung verbunden sind, um den gewünschten periodischen Vorschub des Blechs 3 zu bewirken. Im Fall der Ausführungsform nach Fig. 5 ist eine Abrollvorrichtung mit Blechzuführung quer zu der Bewegungs­ richtung der weiteren Verarbeitung veranschaulicht.

Weiter trägt das Grundgestell 4 eine Bearbeitungseinheit 11, die dazu dient, einzelne Bleche 12 auszuschneiden, aus denen dann das Blechpaket 2 gestapelt wird. Zu der Bearbei­ tungseinheit 11 gehören im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 eine Trenneinheit 14, die Einzelabschnitte von dem zugeführ­ ten Blechband abtrennt, eine Vorschneideeinheit 15, eine Nutenstanze 16 und eine Transporteinrichtung 17. Bedarfsweise können weitere Funktionseinheiten, bspw. zur Abführung von Abfallstücken, vorgesehen sein. Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist keine Trenneinheit, dafür aber eine Schrottschere 15a vorgesehen, um Blechbandabschnitte, aus denen Rohlinge für das Stator- oder Rotorblech herausgetrennt worden sind, zu zerschneiden und einem Abfallbehälter 15b zuzuführen. Die Nutenstanze ist von dem Grundgestell vorzugsweise schwin­ gungsmäßig isoliert. Dazu dient entweder eine bauliche Trennung, d. h. eine gesonderte, von dem Grundgestell 4 getrennte Lagerung der Nutenstanze 16 oder eine schwingungsdämpfende Einrichtung zwischen dem Grundgestell und der Nutenstanze.

Die Trenneinheit 14 ist optional und kann bedarfsweise entfallen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel gehören zu der Trenneinheit 14 zunächst ein Auflagetisch 18 und ein vertikal beweglich gelagertes Messer 19, das mit dem Auflagetisch 18 eine Schereinrichtung bildet. Dem Messer 19 ist eine An­ triebseinrichtung 21 zugeordnet, die eine gesteuerte Verti­ kalbewegung des Messers 19 hervorruft, um jeweils ein Blech­ stück von dem Blechstreifen abzutrennen, aus dem dann in weiteren Schnittvorgängen ein Blech 12 für einen Stator ausgeschnitten wird. Dazu dient zunächst die Vorschneideein­ heit 15, die zumindest dazu eingerichtet ist, die im Wesent­ lichen kreisförmige Außenkontur des späteren Blechs 12 (Rotor- oder Statorblech) auszuschneiden. Dazu dient bspw. ein Strahlbearbeitungswerkzeug, alternativ können jedoch auch mechanische Schneideinrichtungen Anwendung finden. Im vorlie­ genden Ausführungsbeispiel gehört zu der Vorschneideein­ richtung 15 ein Laserkopf 22a als Schneidkopf. Außerdem ist ein Laserkopf 22b als Schweißkopf vorgesehen, die in Fig. 2 durch einen Ausschnitt 23 der Maschinenverkleidung schema­ tisch sichtbar veranschaulicht sind. Der Schweißkopf 22b weist ein Strahlaustrittsfenster 24b auf, das einen Licht­ strahl auf das Statorblechpaket 2 richtet. In der Nähe des Strahlauftreffflecks (Fokus) mündet eine Schutzgasleitung 25 zur Formierung. In einigen Fällen kann die Schutzgasleitung entfallen, z. B. wenn keine Formierung erforderlich ist oder ein Schutz der Schweißstelle anderweitig erfolgt. Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist der zum Schneiden dienende Laserkopf 22a oberhalb des Blechs an einer horizontal (H1) verfahrbaren Brücke in einer zweiten Horizontalrichtung (H2) verfahrbar gelagert. Der Laserkopf 22a weist wenigstens ein Strahlaustrittsfenster 24a auf, aus dem heraus ein gebündel­ ter Lichtstrahl auf das als Werkstück dienende abgeschnittene Blechteil gerichtet ist. An dem Schneidkopf 22a kann eine Gaszuführungseinrichtung für Schneidgas angeordnet sein. Die gesamte optische Einheit (Laser und Laserköpfe, Lichtleiter, Weichen, Positioniereinrichtungen) können auf dem Grund­ gestell 4 z. B. über aktive oder passive Schwingungsdämpfer gelagert oder zur Schwingungsentkopplung separat aufgestellt sein.

Bei den Ausführungsformen nach Fig. 2 und 5 sind beide Laserköpfe 22a, 22b mit einem an den Strahlengang einer Lichtleiteinrichtung angeschlossen. Der Lichtstrahl geht als aufgeweitetes paralleles Bündel von einem Laser 26, bspw. einem CO₂-Laser aus. Der Laser 26 kann mit einer oder mehreren nicht weiter veranschaulichten Modenblenden oder anderen Mitteln zur Leistungsbeeinflussung oder zur Beeinflussung der Strahlqualität versehen sein. Damit kann der Laser 26 sowohl zum Schweißen als auch zum Schneiden verwendet werden. Der Lichtstrahl kann durch entsprechende Spiegel 27 oder ein Lichtleitmittel wie bspw. ein Lichtleitkabel 28 (Fig. 3) zu den Laserköpfen 22a, 22b geleitet werden. Die Lagerung er­ folgt z. B. durch eine von oben wirkende Halterung oder auf einem Tisch mit Strahldurchtrittsfenster - der Laserstrahl und der Gasstrom kommen von unten. Deutlich günstiger ist die Anordnung des Laserkopfs 22a über Kopf, d. h. oberhalb des Blechs (Fig. 5).

Abweichend von den beschriebenen Ausführungsformen, kann der Laser 26 auch lediglich einen gemeinsamen Laserkopf 22 betreiben (nicht dargestellt). Der Laserkopf 22 dient dann bspw. sowohl dem Ausschneiden einer Grob-Kontur, als auch dem Schweißen. Mittels geeigneter Positioniereinrichtungen ist er bspw. zu dem Blech 3 und zu dem Blechpaket 2 (Stator- oder Rotorbleche) bewegbar.

Über ein Lichtleitmittel, bspw. ein Lichtleitkabel 65 oder eine anderweitige Strahlführung (Spiegel, Prismen, Strahlkanal), sind die Laserköpfe 22a, 22b an eine Umschalt­ einrichtung 66 angeschlossen sein, die wie eine Weiche Licht des Lasers 26 entweder an den Laserkopf 22a oder über einen Lichtleiter 67 an den Laserkopf 22b abgibt.

Beide Schweißköpfe 22a, 22b sind vorzugsweise jeweils von einer Positioniereinrichtung 29a, 29b getragen, die jeweils eine Positionierung in einer Richtung H1, V (oder bei entsprechender Auslegung in mehreren Richtungen) gestatten.

Die Ausführungsformen nach Fig. 2 und 5 haben den Vorteil, dass Positionierzeiten, die bspw. zum Positionieren des Laserkopfs 22b in Schweißrichtung V vorzunehmen sind, minimiert werden und sich nicht mit Positionierzeiten des Schneidkopfs 22a überschneiden. Die Positionierung des Schweißkopfs 22b kann bspw. vorgenommen werden, während der Schneidkopf 22a aktiv ist. Auch dies trägt zur Integration der von dem Laserkopf 22b gebildeten Schweißeinrichtung in die Maschine 1 bei, so dass die Herstellung der entsprechen­ den Schweißverbindung ohne zusätzliche Aufwand an Arbeitzeit möglich wird. Außerdem eröffnet diese Bauform die Möglich­ keit, auf effektive Weise die Schweißraupen nach Fig. 8 zusätzlich oder anstelle zu den Schweißpunkten nach Fig. 6 auszubilden.

Zu der Vorschneideeinheit 15 gehören bei der Ausfüh­ rungsform nach Fig. 2 außerdem Mittel zur Lagerung des Blechs oberhalb des Laserkopfs 22a. Die entsprechenden Lager­ mittel können stationäre oder bewegbare Auflagen 32 mit nicht weiter veranschaulichten Spannmitteln, z. B. Elektromagneten sein. Die Lagermittel sind bspw. in X- und Y-Richtung in­ nerhalb der Werkstückebene linear positionierbar. Bedarfs­ weise können sie auch auf einer Kreisbahn bewegbar sein. Damit kann eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück und dem Laserkopf 22a durch Bewegung des Werkstücks herbeigeführt werden. Es können auf diese Weise bspw. die in Fig. 2 eingezeichneten Kreisbahnen 33, 34 eines Laserbrennflecks 35 auf dem Werkstück erreicht werden. Bei der hinsichtlich der Abfallbeseitigung wesentlich günstigeren Ausführungsform nach Fig. 5 wird die Relativbewegung durch Bewegung des Laser­ kopfs 22a herbeigeführt, und zwar durch Überlagerung von Bewegungen des Laserkopfs in den Richtungen H1 und H2.

Zum Weitertransport der Teile kann die Positionier- oder Transporteinrichtung 17 vorgesehen sein. Diese kann in ihrer einfachsten Ausführung, bspw. lediglich zur Überführung der Blechteile aus der Vorschneideeinheit 15 in die Nutenstanze 16 dienen. Sie weist dazu einen Führungsträger 37 auf, an dem ein Greiferwagen 38, z. B. linear verschiebbar, gelagert ist. Der Greiferwagen 38 kann Magnetgreifer 39 ähnliche Mittel zum Halten des Werkstücks aufweisen. In der einfachsten Aus­ führungsform sind die Magnetgreifer 39 an dem Greiferwagen 38 ortsfest gehalten. Die Transporteinrichtung 17 dient dann nur dem Teiletransport zwischen der Vorschneideeinheit 15 und der Nutenstanze 16. Bedarfsweise kann die Transporteinrichtung 17 jedoch auch zusätzlich Positionieraufgaben übernehmen. Dazu sind die Magnetgreifer 39 an dem Greiferwagen 38, bspw. um eine Vertikalachse, die dem aus dem Strahlaustrittsfenster 24 austretenden Lichtstrahl parallel ist, drehbar gelagert und mittels einer Dreh-Positioniereinheit kontrolliert positio­ nierbar und drehbar. Auf diese Weise können z. B. die Kreis­ bahnen 33, 34 des Brennflecks 35 bei ruhendem Laserkopf 22 erzeugt werden. Die Transporteinrichtung dient dann gleich­ zeitig der Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Werk­ stück.

Die Nutenstanze 16 weist einen Stempel 41 auf, der eine vertikale (Pfeil 42) Stanzbewegung ausführt. Die Nutenstanze 16 weist eine Antriebseinrichtung für den Stempel 41 auf. Synchron zu diesem wird das Blech mit einer Antriebsvor­ richtung 43 z. B. schrittweise gedreht. Dieses wird auf einem Auflagetisch 44 oder einer anderweitigen Stützeinrichtung gehalten. Die Übertragung der Drehbewegung auf das Blech erfolgt wahlweise formschlüssig (Passfeder, Passfedernut) oder reibschlüssig über eine Spannvorrichtung auf einem drehenden Teller.

An die Nutenstanze 16 anschließend ist eine Stapelein­ richtung 45 vorgesehen, die dazu dient, von der Nutenstanze 16 in ihrer Kontur fertiggestellte Bleche 12 aufzunehmen und geordnet, d. h. stanzbildgerecht, auf dem Blechpaket 2 ab­ zulegen. Die Stapeleinrichtung 45 weist eine Transportein­ richtung 46 auf, zu der bspw. eine Linearführungseinrichtung 47 und ein von dieser geführter Greiferwagen 48 gehören. Letzterer trägt bspw. Magnetgreifer 49, die dazu eingerichtet sind, das Blech 12 gesteuert aufzunehmen und freizugeben. Bedarfsweise kann die Linearführungseinrichtung 47 über einen vertikal verstellbaren Ausleger 51 an dem Maschinengestell 4 abgestützt sein. Selbstverständlich können jedoch auch alter­ native mehrachsige und anderweitige Transporteinrichtungen vorgesehen werden. Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 dient die Greifereinrichtung 17 nicht nur dem Transport der Blech­ rohlinge zu der Nutenstanze sondern auch dem Weitertransport der gestanzten Teile zu einem Stapel und zum Aufstapeln der gestanzten Bleche.

Zu der Stapeleinrichtung 45 gehört außerdem wenigstens eine Ausrichteinrichtung, die im vorliegenden Ausführungsbei­ spiel durch einen Dorn 53 gebildet ist. Dieser ragt vertikal von einem Drehtisch 54 auf, der eine Aufnahmeeinrichtung für die Bleche 12 bildet, und weist einen Durchmesser auf, der mit dem Innendurchmesser der Bleche 12 im Wesentlichen über­ einstimmt. An seinem oberen Ende kann er konisch verjüngt sein. Seine Mantelfläche ist im Wesentlichen zylindrisch. Zur Ausrichtung der aufzunehmenden Bleche 12 kann er an seiner Mantelfläche mit einem Steg 55 versehen sein, der in eine der ausgestanzten Nuten greift und die einzelnen Nuten der Bleche 12 somit zueinander ausrichtet. Die von dem Dorn 53 und dem Steg 55 gebildete Ausrichteinrichtung bewirkt somit die koaxiale Ausrichtung der Einzelbleche 12 zueinander sowie die Fluchtung der Nuten, d. h. die Winkelausrichtung der Bleche 12 in Bezug auf eine Drehung um die Mittelachse, auf der durch den Drehtisch 54 gebildeten Aufnahmeeinrichtung. Zum Abtrans­ port fertiger Stapel kann gemäß Fig. 5 auch ein Ketten­ förderer 45a vorgesehen sein. Zum Ausbringen des Blechpakets wird der Stapeldorn, z. B. nach unten, unter den Kettenförde­ rer gezogen.

Zu der Stapeleinrichtung 45 gehört außerdem eine magne­ tische oder pneumatische Spanneinrichtung, die dazu dient, die Bleche vor dem (endgültigen) Verschweißen zusammenzupres­ sen. Dies kann über einen nicht weiter veranschaulichten Spannarm erfolgen, der den Stapel zum Verschweißen axial belastet. Die Kraft zum festen Zusammenpressen der Bleche im Stapel kann auch durch ein Magnetfeld aufgebracht werden, das die Bleche z. B. axial durchsetzt. Der Vorteil liegt hier darin, dass die Bleche einzeln nacheinander miteinander verschweißt werden können, ohne jedesmal den Spannarm auf den Stapel aufsetzen zu müssen.

Der Aufnahmeeinrichtung benachbart, ist der Strahlkopf 22b vorgesehen, durch den ein fokussierter Lichtstrahl auf die Mantelfläche des Blechpakets 2 richtbar ist. Die Strahl­ weiche 66 leitet das Licht entweder in den Strahlengang 65, der zu dem Schneidkopf 22a führt, oder in den Strahlengang 67, der zu dem Schweißkopf 22b führt. Die Lichteinstrahlung erfolgt über ein Strahlrohr mit mehreren Umlenkspiegeln und einer Strahlweiche oder über andere geeignete Lichtleit­ mittel. Außerdem ist der Laserkopf 22 durch die Positionier­ einrichtungen 29b, zumindest in einer Richtung V parallel zu der Mittelachse des Dorns 53 bzw. des Blechpakets 2 bewegbar. Zusätzlich ist der Laserkopf 22a, wenigstens bei einer bevor­ zugten Ausführungsform (Fig. 5), in zwei Richtungen H1, H2 parallel zu dem Blech bewegbar. Zusätzlich kann der Strahlkopf 22b z. B. zur Anpassung an unterschiedliche Stapeldurch­ messer radial zu dem Stapel und dem Dorn 53 verstellbar gelagert sein.

Die insoweit beschriebene Maschine 1 arbeitet unter der Steuerung einer zentralen, nicht weiter veranschaulichten, Steuereinrichtung wie folgt:
Die veranschaulichte Maschine 1 ist prinzipiell dazu eingerichtet, Statorbleche und Statorblechpakete 2 herzu­ stellen. Sie kann gleichfalls dazu eingerichtet werden, Rotorblechpakete herzustellen, wobei dann ein entsprechend schlankerer Dorn 53 erforderlich ist, der in das Achsloch der Rotorbleche passt. Bedarfsweise kann die Maschine 1 auch so eingerichtet werden, dass sie nacheinander oder gleichzeitig Rotorblechpakete und Statorblechpakete herstellt. Im erst­ genannten Fall werden zunächst Statorblechpakete in der erforderlichen Anzahl hergestellt, abgestapelt und mitein­ ander verschweißt, wonach dann Rotorbleche und aus diesen ein Rotorblechpaket hergestellt und verschweißt wird. Wenn der beim Laserschneiden erzielte Schneidspalt etwa mit dem ge­ wünschten Luftspalt der herzustellenden elektrischen Maschine identisch oder geringer als der gewünschte Luftspalt ist, kann der beim Herstellen eines Statorblechs anfallende innere kreisförmige Ausschnitt als Rohling für ein Rotorblech ver­ wendet werden. In diesem Fall erzeugt die Vorschneideeinheit 15 z. B. zunächst ein Achsloch und danach einen kreisförmiger Schnitt größeren Radius, der den Außendurchmesser des Rotor­ blechs darstellt. Während dieses dann der Nutenstanze zu­ geführt wird, kann die Vorschneideeinheit die Außenkontur des Statorblechs (kreisförmig oder mehreckig) ausschneiden. Der so entstandene Statorblechrohrling kann dann zu der Nutens­ tanze überführt werden. Dabei muss die Nutenstanze so be­ schaffen sein, dass sie abwechselnd an Rotorblechen und an Statorblechen die geforderten Nuten anbringen kann.

Allgemein erfolgt die Bearbeitung einzelner Bleche sowohl für Rotorbleche als auch für Statorbleche wie nachfol­ gend beschrieben:
Aus dem zugeführten Blech stellt die Bearbeitungseinheit 11 aufeinander folgend einzelne Bleche 12 her. Dies, indem von der Trenneinheit 14 zunächst ein Blechteil abgeschnitten wird, dessen Größe zur Herstellung eines einzelnen Blechs 12 ausreicht. Dieser Blechabschnitt befindet sich unmittelbar in der Vorschneideeinheit 15. Es wird hier bspw. von den Aufla­ gen 32 aufgenommen und so positioniert, dass der Laserbrenn­ fleck 35 des Laserkopfs 22a bspw. auf einen Punkt der inneren Kreisbahn 33 gerichtet ist. Der Laser 26 bzw. der Laserkopf 22 werden nun so geschaltet, dass der Lichtstrahl mit der geforderten Leistung auf dem Werkstück auftrifft. Es entsteht ein Laserbrennfleck 35, der auf dem Blech die Kreisbahn 33 zurücklegt. Der Laserkopf 22a wird dazu so auf einer Bahn im Kreis geführt, dass der Laserbrennfleck 35 mit der gewünsch­ ten Geschwindigkeit die Kreisbahn 33 abfährt und somit das Nutzteil vom Abfall getrennt wird. Z. B. wird zunächst das Achsloch herausgeschnitten, indem ein scheibenförmiger Innen­ teil abgetrennt wird, der herausfällt und abgeführt wird. Der Abfall kann unterhalb des Tischs ausgebracht werden.

Der Laser 26 wird kurz abgeschaltet und der Laserkopf 22a, bspw. mittels einer Positioniereinrichtung 59, horizon­ tal an den Anfang der Kreisbahn 34 positioniert. Es kann nun, wie bereits für die Bahn 33 beschrieben, der Außenrand des Blechs 12 abgeschnitten werden. Dabei wird durch eine Rela­ tivbewegung zwischen Strahlkopf und Blech das Rotorblech ausgetrennt. Dabei schneidet der Laser vor allem Konturzüge, die auf der Nutenstanze mit den dort vorhandenen Werkzeugen nicht hergestellt werden können.

Ist der Schneidvorgang erfolgt, wird das Blech 12 mit­ tels der Transporteinrichtung 17 zur Nutenstanze 16 überführt. Währenddessen wird auf der (Laser-) Vorschneideeinheit 15 z. B. der Statoraußendurchmesser beschnitten, d. h. ein ringförmiger Rohling für das Statorblech hergestellt. Somit werden abwechselnd ein Rotor- und ein Statorrohling ausge­ schnitten und zu der Nutenstanze geliefert. Gleichzeitig zu dem Ausschneiden der Rohlinge erfolgt auf der nachgeordneten Nutenstanze der Stanzvorgang an im vorigen Schritt erzeugten Rohlingen.

Die Nutenstanze 16 nimmt das Blech 12 auf und stanzt unter Fortschaltung durch die Antriebsvorrichtung 43 nachein­ ander alle Nuten an dem Innenumfang des Blechs 12 (Stator) oder am Außenumfang (Rotor). Zugleich wird in der Vorschnei­ deeinheit 15 ein weiteres Blech vorbereitet. Die Nutmaschine arbeitet vorzugsweise im Einzelnutverfahren. Pro Hub des Stempels 41 der Nutstanze 16 wird das Blech durch die An­ triebsvorrichtung 43 um einen vorgegebenen Winkel gedreht. Zur Blechbewegung kann ein Schrittschaltgetriebe dienen. Nach dem Nuten des Rotorblechs wird dieses auf dem dafür vor­ gesehenen Stapel abgelegt. Der gleiche Vorgang wird für das Statorblech durchgeführt. Dabei ist es auch möglich, abwech­ selnd ein Rotorblech und ein Statorblech herzustellen und somit gleichzeitig einen Rotorblechstapel und einen Stator­ blechstapel aufzubauen. Bedarfsweise können auch zwei Nut­ stanzen - eine für das Rotorblech und eine für das Stator­ blech vorgesehen werden. Die Stapeleinrichtung 45 kann dann die entnommenen Teile aus beiden Nutstanzen aufstapeln. Ob ein Stapel oder zwei - bei Erreichen einer definierten Stapel­ höhe wird der Stapeldorn nach unten gefahren und hinterlässt einen frei stehenden Stapel, der über den Kettenförderer 45a ausgebracht wird. Die Maschine 1 kann aber auch nur zum Herstellen von Rotoren oder Statoren dienen.

Zur besseren Anpassbarkeit an andere Stapeldurchmesser kann der jeweilige Stapel auch außen über Prismen geführt sein. Eine innen eingreifende Passfeder sorgt dann durch ihren Eingriff in die Stanznuten für die winkelmäßige Aus­ richtung (stanzbildgerechtes Aufstapeln).

Hat die Nutenstanze 16 alle Nuten an dem Blech 12 ausge­ bildet, wird die Stapeleinrichtung 45 aktiviert, die das Blech 12 auf den Dorn 53 aufsetzt. Sobald auf dem Drehtisch 54 das zweite Blech abgelegt ist, wird dieses mit dem ersten Blech verschweißt oder geheftet. Dazu nutzt der Laserkopf 22b bspw. kurze Zeitspannen zwischen Schneidearbeitsgängen die währen des Positionierens der einzelnen Bleche auftreten. Dazu wird der Laserstrahl mittels Strahlweiche in den Schweißkopf 22b, oder wenn mehrere Schweißköpfe vorgesehen sind, zu dem gewünschten Schweißkopf geleitet, der z. B. so positioniert wurde, dass er auf die Trennstelle zwischen zwei Blechen positioniert wird. Dies ist, wie in Fig. 6 ver­ anschaulicht ist, bspw. eine punktförmige Schweißstelle 61, zwischen zwei Blechen 12. Es wird dann ein kurzer Lichtimpuls ausgesandt, der durch das Lichtaustrittsfenster 24b auf die Schweißstelle 61 (Fig. 6) trifft und hier einen Schweißpunkt auf die Fuge zwsichen zwei Blechen setzt. Sofort nach Beendi­ gung wird der Drehtisch 54 weitergedreht, um den in gleicher Ebene liegenden benachbarten Schweißpunkt 62 zu setzen. Der Vorgang setzt sich über den gesamten Umfang des Blechpakets 2 fort.

Ist das Verschweißen des Rotorblechs und/oder des Sta­ torblechs beendet, wird der Strahl auf den Schneidkopf in der Schneidstation umgeschaltet. Der Schweißkopf 22a könnte bereits in seine Schneidposition verfahren werden (Fig. 2) und er kann nun ein weiteres Blech vorschneiden. Es muss lediglich die Weiche 66 umgeschaltet werden, um nun wieder den Schneidkopf 22a zu aktivieren. Die Positionierung der Köpfe 22a, 22b kann hier immer dann erfolgen, wenn der je­ weils andere Kopf arbeitet.

Die Schweißpunkte können, wie in Fig. 6 veranschau­ licht, jeweils auf einer achsparallelen Reihe oder, wie in Fig. 7 veranschaulicht, auf einer Schraubenlinie angeordnet sein. Bedarfsweise können anstelle von Schweißpunkten auch größere Schweißflecken oder Schweißraupen erzeugt werden, wie in Fig. 8 veranschaulicht ist. Durch Drehung des Stapels können Schweißpunkte oder Schweißraupen auch auf diametral gegenüberliegenden Seiten des Stapels erreicht werden. Bei jedem Schweißvorgang werden die Bleche mit der Andrückein­ richtung zusammengepresst.

Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Bleche 12 gemäßen den Fig. 6 bis 8 an ihrem Außenumfang miteinander verschweißt. Abweichend davon ist es auch mög­ lich, die Bleche 12 an anderen Stellen miteinander zu ver­ schweißen, wie bspw. Fig. 9 oder 11 veranschaulicht. Gemäß Fig. 9 sind in den einzelnen Blechen 12 von Blech zu Blech in Umfangsrichtung gegeneinander versetzte Öffnungen 63, 64 vorgesehen, die sich nicht decken und bei denen die Bleche jeweils mittels eines in Axialrichtung auftreffenden Laser­ strahls verschweißt werden können. Bedarfsweise können alter­ nativ oder zusätzlich Schweißpunkte an der Innenumfangsfläche des Blechpakets 2 gesetzt werden. Eine Einrichtung mit zwei Schweißköpfen ist dazu in Fig. 10 veranschaulicht.

Eine Schweißverbindung zwischen den Blechen kann auch gemäß Fig. 11 erreicht werden, indem die Bleche durch­ geschweißt werden (verdeckte Schweißung). Wie bei allen vorstehenden Schweißverfahren ist der elektrische Kontakt zwischen den Blechen auf die nahezu punktförmigen Schweiß­ stellen beschränkt. Die Ausbildung von Wirbelstrompfaden ist weitgehend unterbunden. Dies insbesondere, wenn Bleche nur an Stellen miteinander verbunden werden, die längs der sich im Betrieb der herzustellenden elektrischen Maschine ausbilden­ den magnetischen Feldlinien aber nicht quer zu diesen vonein­ ander beabstandet sind (d. h. sie liegen auf magnetischen Äquipotentiallinien). Dies ist durch die weitgehend freie Positionierbarkeit des Schweißkopfs 22b gut erreichbar.

Auch bei der Ausführungsform nach Fig. 5 wird sowohl der Schweißvorgang als auch der Schneidvorgang mit einem Laser 26 durchgeführt. Soll der Laser 26 jedoch nur zum Schweißen oder nur zum Schneiden genutzt werden und ist somit nur ein Laserkopf vorhanden, kann die Weiche 66 entfallen. Für Positionierbewegungen des Laserkopfs oder der Laserköpfe wie auch für den Eingriff des Transports wird der Laserstrahl durch die Weiche 66, eine andere Einrichtung oder durch kurzes Pausieren des Lasers 26 unterbrochen.

Bei der bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Ablegen von Blechen 12 und das Anschweißen derselben jeweils alter­ nierend, d. h. die Verschweißung der Bleche erfolgt blech­ weise, noch während des Aufstapelns der einzelnen Bleche 12 zu dem Blechpaket 2. Dadurch wird die insgesamt zur Her­ stellung aller Schweißnähte und Schweißverbindungen benötigte Zeit in kurze Einzelzeitspannen aufgeteilt, für die gewisser­ maßen ohnehin vorhandene Arbeitspausen des Laserkopfs 22a, 22b und des Lasers 26 genutzt werden können, wenn dieser zum Vorschneiden oder zum Schneiden generell vorgesehen ist. Somit wird das Schweißen mit dem Schneiden zeitlich ver­ schränkt. Damit kann der Schweißvorgang in dem Schneidvorgang zur Herstellung der Bleche 12 integriert werden, ohne dass dazu eine gesonderte Schweißeinheit oder zusätzliche Be­ triebszeit erforderlich wäre.

Bei der Maschine nach Fig. 5 ist zum Schneiden ein linear in zwei Richtungen bewegbarer Laserkopf 22a und zum Schweißen des Schweißkopfs 22b vorgesehen. Es ist aber auch möglich, nur einen dann zwischen Schweißbetrieb und Schneid­ betrieb umschaltbaren Laserkopf vorzusehen, der durch eine Positioniereinrichtung zwischen Schweißposition und Schneid­ position wechselnd bewegbar ist. Dieser ist dann mit einer Zuführung für Schneidgas und ggfs. für ein anderes Gas (zum Schutz der Schweißstelle) versehen. Diese wird mit geringem Abstand zu dem Blech geführt.

Alternativ kann der Laserkopf 22a auch baulich von der Gasdüse getrennt werden. Durch entsprechende Positionier­ einheiten kann dann eine synchrone Positionierung von Gasdüse und dann rein optischen Laserkopf vorgenommen werden. Er kann somit auch bspw. um eine Achse schwenkbar angeordnet sein, um die optische Achse seines Strahls über das Blech zu bewegen.

Wie in Fig. 4 veranschaulicht, kann anstelle der Verti­ kalbewegung des Schweißkopfs 22b auch eine Vertikalbewegung des Blechstapels 2 erfolgen. Anstelle der Lichtleitkabel können Spiegel vorgesehen sein. Eine Bewegung des Schweiß­ kopfs 22b in Vertikalrichtung (V in Fig. 4) kann dann zu­ mindest bei einigen Ausführungsformen entfallen. Vorzugsweise wird zur Positionierung des Laserbrennflecks auf dem Stapel für Schweißzwecke der Stapel bewegt.

Die Positionierung des Schneidkopfs 22a erfolgt vorzugs­ weise so, dass seine optische Achse stets senkrecht zu dem Blech steht und die Entfernung zu diesem konstant ist. Es ist aber auch möglich, die Positionierung des Laserbrennflecks durch eine Schwenkbewegung es Schneidkopfs 22a oder auch des Schweißkopfs 22b zu erzeugen. Anstelle der Schwenkachsen können bedarfsweise auch in einer zu dem Blech 3 parallelen Ebene angeordnete Linearachsen vorgesehen sein. Den betref­ fenden Achsen sind dann gesteuerte Betätigungseinrichtungen und Führungseinrichtungen zugeordnet, die jeweils Führungs­ funktion in Richtung der betreffenden Achse haben.

Eine Maschine zur Herstellung von Blechpaketen, ins­ besondere für drehende elektrische Maschinen, weist sowohl eine Bearbeitungseinheit zur Herstellung der Bleche, als auch eine Schweißeinheit zum Verschweißen der aufgestapelten Bleche miteinander auf. Vorzugsweise werden zur Herstellung der Bleche und zum Verschweißen derselben vorhandene Maschi­ nenkomponenten, wie bspw. ein Laser, gemeinsam genutzt.

Claims (14)

1. Maschine zur Herstellung von Blechpaketen,
mit einer Einrichtung (5) zur Zuführung von Blech (3),
mit wenigstens einer Bearbeitungseinheit (11) zum Aus­ schneiden der Kontur einzelner Bleche (12),
mit einer Stapeleinrichtung (45), zu der eine Transport­ einrichtung (46), eine Ausrichteinrichtung (53) und eine Aufnahmeeinrichtung (54) gehören, die dazu eingerichtet ist, wenigstens einen ausgerichteten Stapel zusammengehöriger Bleche (12) aufzunehmen, und
mit einer Schweißeinrichtung (22b), die der Aufnahme­ einrichtung (54) zum Verschweißen der von der Aufnahme­ einrichtung (54) aufgenommen Bleche (12) miteinander zu­ geordnet ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungseinheit (11) wenigstens eine Stanzein­ richtung (16) aufweist.

3. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungseinheit (11) eine Strahlschneidein­ richtung, vorzugsweise eine Laserschneideinrichtung (22, 26) aufweist.

4. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißeinrichtung (22, 26) eine Laserschweißein­ richtung ist.

5. Maschine nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeich­ net, dass die Laserschneideinrichtung (22, 26) und die Laserschweißeinrichtung (22, 26) eine gemeinsamen Laserstrahlquel­ le (26) aufweisen und, dass in oder an der Laserstrahlquelle (26) eine Strahlbeeinflussungseinrichtung wie z. B. eine Modenblende vorgesehen ist.

6. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserschneideinrichtung (22, 26) und die Laser­ schweißeinrichtung (22, 26) jeweils einen gesonderten Kopf (22a, 22b) aufweisen und dass die Köpfe (22a, 22b) an den gemeinsamen Laser (26) angeschlossen sind.

7. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinrichtung für den ausgerichteten Stapel (2) ausgerichteter Bleche (12) mit einer Positionierein­ richtung verbunden ist, eine Drehung oder Linearbewegung des Stapels (2) in wenigstens einer Richtung gestattet.

8. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Klemmeinrichtung aufweist, mit der die Bleche des Stapels beim Schweißen zusammenzudrücken sind.

9. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeeinrichtung (54) eine Ausbringeinrichtung (2a) für die fertig geschweißten Stapel (2) zugeordnet ist.

10. Verfahren zur Herstellung von geblechten Eisenkernen für elektrische Maschinen, wobei bei dem Verfahren in einer Maschine nacheinander Bleche mit vorgegebener Kontur ausge­ schnitten, ausgerichtet, gestapelt und miteinander ver­ schweißt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils zu dem bereits vorhandenen Stapel ausge­ richteten und auf diesen aufgesetzten Bleche jeweils einzeln mit dem vorhandenen Stapel verschweißt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils zu dem bereits vorhandenen Stapel ausge­ richteten und auf diesen aufgesetzten Bleche erst miteinander verschweißt werden, wenn der Stapel vollständig ist.

13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass aus einem Blechband mittels Laserstrahl ein ringförmiger erster Rohling und ein ring- oder scheibenförmiger zweiter Rohling ausgeschnitten werden, wobei der Innendurchmesser des ersten Rohlings bis auf eine Schneidspaltbreite mit dem Außendurchmesser des zweiten Rohlings übereinstimmt, und dass aus dem ersten Rohling Statorbleche und aus dem zweiten Rohling Rotorbleche erzeugt werden.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Rohling gleichzeitig weiterver­ arbeitet werden.