WO2017148619A1 - Vorrichtung und verfahren zum herstellen eines wellenförmig gebogenen drahtsegments - Google Patents

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WO2017148619A1
WO2017148619A1 PCT/EP2017/051268 EP2017051268W WO2017148619A1 WO 2017148619 A1 WO2017148619 A1 WO 2017148619A1 EP 2017051268 W EP2017051268 W EP 2017051268W WO 2017148619 A1 WO2017148619 A1 WO 2017148619A1
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WO
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wire segment
linear guide
wire
tools
bent
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Stefan Reuter
Christian Brückner
Hubertus Büttner
Christian Kirchner
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ZF Friedrichshafen AG
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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
    • H02K15/04—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of windings prior to their mounting into the machines
    • H02K15/043—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of windings prior to their mounting into the machines winding flat conductive wires or sheets
    • H02K15/0432—Distributed windings
    • H02K15/0433—Distributed windings of the wave winding type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/12—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for producing a corrugated bent wire segment or piece of wire, in particular for further use as a stator winding in an electrical machine.
  • stators have a fixed stator with a stator winding and a rotatably mounted inside the stator rotor (inner rotor).
  • stator is formed on its inner circumference or outer periphery with axially extending longitudinal grooves that provide receiving spaces for the stator winding.
  • the stator winding is an electrical coil of lead wire (usually an insulated copper wire) made from a single long wire or multiple wires, which is sometimes very expensive.
  • lead wire usually an insulated copper wire
  • a common manufacturing method provides that the stator winding is produced by directly winding at least one conductor wire onto the stator or stator body. Another common procedure provides that individual conductor wire segments or pieces are first preformed and then inserted into the grooves or receiving spaces of the stator.
  • EP 1 974 443 B1 describes a method for producing a stator of a rotary electric machine.
  • the conductors are deposited by means of a laying head on a linear support in a first step, wherein this support is formed with notches into which the conductors are arranged by wave-like folding and / or bending in several layers.
  • the wavy preformed conductors are then first transferred from the linear support to an annular support and from there to the stator.
  • the inventive device for producing wavy bent wire segments comprises (at least) a linear guide, in particular a rail or the like, and a plurality of molds (at least two), which are mounted longitudinally displaceably and rotatably on the linear guide and each (at least) a receiving area for fixing at least one have to be bent or forming wire segment.
  • the molding tools can be rotated in opposite directions and at the same time can be moved together or pushed together along the linear guide.
  • a wave-shaped wire segment made with the device according to the invention has forward and backward sections and these connecting transitions in the form of turn sections or transition sections, resulting in a waveform approximately in plan view. It is preferably provided that the waveform has substantially parallel straight sections and connecting turning sections or transition sections connecting them.
  • the straight sections form the groove sections, which are later inserted into the grooves or receiving spaces of the stator or stator body (for example a stator lamination stack).
  • the turning sections connect the groove sections outside of the stator slots. It is possible that the turning sections overlap a plurality of stator, so the groove sections of a wire segment are not arranged in immediately adjacent stator slots.
  • the device according to the invention (the same applies to the method according to the invention) enables the simple, process-reliable and reproducible production with a defined waveform of bent wire segments, the device according to the invention making do with few forming tools. Since all groove and turn sections of the waveform are generated substantially simultaneously, there is a very short cycle time (especially in comparison to a stepwise shaping of the wire by individually executed bending steps). Due to the gentle deformation of the wire, in particular a lead wire, already with an electrical insulation, eg. An insulating varnish be provided.
  • a wave-shaped bent wire segment produced according to the invention is preferably used subsequently for the production of a stator winding, in particular for an electrical machine for a motor vehicle (for example an alternator or a generator and / or an electric motor, in particular a drive motor).
  • the wave-shaped piece of wire is inserted directly or via a dummy (for example, as described in EP 1 974 443 B1) into the stator body or stator laminated core, wherein the grooves or receiving spaces can be located both inside and outside. It is preferably provided that a plurality of such wave-shaped bent wire segments are stacked in the grooves or receiving spaces of the stator body in the radial direction one above the other (see, for example.
  • Fig. 16 of EP 1 974 443 B1 in order to fill the available receiving spaces for the stator winding as compact as possible and to achieve a high degree of filling (especially in the case of limited space and / or high power requirements is the requirement of a high degree of filling). This is facilitated by the use of rectangular wire (as explained in more detail below).
  • the electrical machine is preferably an internal rotor, which may in principle also be an external rotor.
  • the molding tools of the device according to the invention have a bearing section for the mounting or fastening on the linear guide and a receiving section with a receiving area formed thereon, wherein the bearing section and the receiving section are provided by means of spherical bearings. mounted rotary joint or the like are connected. The rotation or the rotation can be done largely frictionless.
  • the receiving areas on the forming tools are preferably formed as grooves, which can receive the form-fitting wire segment to be formed at the appropriate locations.
  • the non-slip fixation of the wire segment in the receiving areas of the molds can be done by means of attachable pressure plates.
  • the releasable attachment of the pressure plates can, for example, by means of screwing or the like.
  • the molding tools may further be formed with at least one molding section for forming transitions (i.e., turn portions) in the waveform to be formed.
  • At least some of the molding tools may be formed with spacers which, when moving together, define a defined end position for the molding tools, in particular by limiting the rotational movement and / or the collapsing movement.
  • spacers can be defined during the bending process, the angle of rotation of the molds or their receiving portions and along the linear guide a distance to which the molds are moved together or -schiebbar be defined.
  • the device according to the invention also has at least one drive for active twisting and / or shifting (i.e., moving together and moving apart) of the forming tools.
  • the drive can actively drive any or all molds via a suitable drive mechanism.
  • the drive is, for example, an electric, hydraulic or
  • pneumatic rotary or linear drive (motor).
  • the method according to the invention for producing wave-shaped bent wire segments comprises at least the following steps: - Providing a device, in particular a device according to the invention, which (at least) has a linear guide and a plurality of longitudinally displaceable and rotatably mounted molding tools;
  • the bending or forming process takes place in the cold state, d. H.
  • the wire segment is at about room temperature.
  • the wire segment can have insulation, as already explained above.
  • the invention is also suitable for bending wires with non-round cross sections.
  • the wire segment may, for example, have a rectangular cross-section (so-called rectangular wire).
  • FIGS. 1 to 3 show a top view of a device according to the invention and the sequence of bending a wire segment.
  • FIG. 4 shows an enlarged view of a section through a molding tool of the device, according to the sectional profile (CC) indicated in FIG. 1.
  • 1 shows a device 100 according to the invention for wave-shaped bending of conductor wire 200.
  • the reusable device 100 has a linear guide 110 formed as a rail, on which a plurality of mold elements or molding tools 120 (120a to 120f) are mounted in a spill-like or cart-like manner.
  • the number of six forming tools 120 shown is only an example.
  • the linear guide 1 10 is, for example. On a base plate, a support frame or the like arranged. Instead of a single linear guide 1 10 may be provided in an equivalent manner, a plurality, in particular arranged in parallel, linear guides.
  • the molding tools 120 are each formed with a receiving portion 123 for the lead wire 200 to be molded.
  • the molding tools 120 have a bearing portion 121 (eg, a roller) for mounting on the linear guide 1 10 and a receiving portion or a mold plate 122 with the receiving portion 123, wherein the bearing portion 121 and the receiving portion 122nd are connected without tilting means of ball-bearing pivot 126.
  • the axis of rotation is denoted by L (as can be seen in FIG. 4, the wire axis and the axis of rotation intersect).
  • the storage on the rail 1 10 can for example be done by means of rollers or the like.
  • the molds 120 and their receiving portions 122 are thus longitudinally or linearly displaceable and rotatably mounted on the rail 1 10 about the axis L. Except for the first mold 120a and the last mold 120f all interposed mold 120b to 120e are identical or mirror-symmetrical and arranged alternately mirror-inverted with respect to the wire axis.
  • the lead wire 200 to be bent which is typically already provided with an insulating varnish, is inserted into the mutually aligned receiving areas 123 of the molding tools 120, as shown in FIG.
  • the wire 200 may, for example, be removed from a roll, straightened by means of a straightening device, and then cut to length.
  • the wire 200 has, for example, a diameter of 2.0 mm to 4.0 mm. It is preferably a rectangular wire (wire with rectangular cross-section). Preferably, it is a copper wire, in particular insulated copper wire.
  • the substantially straight piece of wire or wire segment 200 can be inserted, for example, from above into the molding tools 120 or introduced or threaded in the axial direction.
  • the receiving areas 123 are formed with a profiling, for example a groove or the like.
  • the fixing of the inserted wire segment 200 takes place with the aid of pressure plates 127 (see FIG. 4) in order to prevent buckling and / or slippage of the wire 200 during bending.
  • the pressure plates 127 can, for example, by means of
  • Screw 128 are fixed, whereby the wire 200 is clamped in the associated profiles or grooves of the receiving areas 123. Between the lead wire 200 and the receiving areas 123 there are transitional passages. Furthermore, the receiving areas 123 are polished so as not to damage the wire surface or the insulating lacquer during insertion or during the subsequent bending process.
  • the molding tools 120 are brought to each other at predetermined distances, for example. Uniform distances (as shown in Fig. 1). The correct distances result mathematically from the processing of the waveform to be produced.
  • the forming tools 120 are now moved together or pushed together along the rail 110, with adjacent ones being rotated
  • Forming tools 120 are rotated in opposite directions, as illustrated in Fig. 2 by the bow arrows a and b (Fig. 2 shows an intermediate state).
  • the pushing together whereby the distance between the individual dies 120 decreases, and the twisting of the dies 120 takes place simultaneously. Simultaneous pushing and twisting can be done continuously. It is also conceivable that the pushing together and twisting is carried out alternately in substeps.
  • the wire segment 200 Waveform transformed or bent and finally assumes the waveform shown in Fig. 3, as explained in more detail below.
  • the first (left) mold 120a is stationary and can only perform a rotational movement.
  • the force for pushing and twisting the dies 120 can be applied differently.
  • the molds 120 may, for example, active, d. H. by means of a suitable drive, it being sufficient that only the last (right) mold 120f is actively moved.
  • the rotational movement of the dies 120 may be active, i. H. by means of suitable drives (where all or only individual dies 120 can be rotationally driven), or passively, d. H. as a result of the pushing together.
  • Another possibility is to actively twist individual molds 120 (for example the first and last but one) or also all molds 120, wherein the distances between the molds 120 inevitably decrease and the molds 120 passively converge towards each other along the linear guide 110 move.
  • Preferred is a combination of active compression or contraction and active twisting of all or individual
  • Molded 120 provided.
  • the bending operation is completed when the dies 120 have reached the desired end position, as shown in Fig. 3 (Fig. 3 shows the final state).
  • the molds 120 may be formed with spacers 129 a and 129 b that ensure a desired end position and a desired end clearance between the dies 120.
  • the spacers 129a are rounded, so that they can roll off without tilting when they are hit (see below).
  • FIG. 3 further shows the finished bent wire segment 200 having straight and parallel sections 210 and transitions 220 in the form of arcuate transition sections.
  • the straight sections 210 become used later in the grooves of the stator (as shown for example in Fig. 1 of EP 1 974 443 B1) and can therefore also be referred to as groove sections or segments.
  • the two straight expiring wire ends are used for electrical contacting (for the production of a wave winding, for example, the end of a first wave-shaped wire segment 200 with the beginning of a second wave-shaped wire segment 200 contacted).
  • the forming tools 120 are further formed at the end of the groove-like receiving areas 123 with mold sections 124 and / or 125, with which the turning sections 220 are formed, as can be clearly seen Fig. 2 shows.
  • Foot portions 220 have blunt tips 225 created by bending the wire 200 about the mold sections 124.
  • the spacers 129a designed as cantilevers also act as lever arms, which come to a stop after a certain assembly travel and angle of rotation on the adjacent forming tools 120 and then allow the wire 200 to be clamped along the mold sections 124 and / or 125 during further movement and twisting, so that the wire 200 fully rests and does not bulge.
  • the fixation of the wire 200 by means of the attachable pressure plates 127 ensures the bending of the turning sections 220
  • the pressure plates 127 are formed such that the forming of the turn portions 220 is not affected, so that in these areas of the wire to be formed or bent 200 is only guided but not clamped.
  • Each mold 120 thus produces a groove portion 210 and a portion of adjacent transition sections 220.
  • the required number of molds 120 thus results from the number of groove sections 210 to be produced.
  • the adjacent forming tools 120 forming a turn section 220 can also be referred to as a pair of mold tools. With a pair of mold tools, two groove sections 210 and a turning section 220 connecting these groove sections 210 can be produced. As previously explained, the forming tools 120 of a pair of molds have an opposite sense of rotation.
  • Bending process can be compensated (starting from the position of the mold 120 shown in Figure 3, these can be slightly over-twisted until the abutment of the projection-like spacers 129b, which then leads to overstretching of the wire 200). It is preferably provided that the forming or bending process takes place in one plane, ie. H. that this is 2-dimensional. In a downstream process step, the 2-dimensionally shaped wave-shaped conductor wire segment 200 can still be bent around prior to insertion into the stator.
  • the invention is not limited to the waveform shown in the figures. It goes without saying that other waveforms can be produced by appropriate modification of the mold 120.
  • the receiving sections or molding tool plates 122 of the molding tools 120 are preferably designed to be exchangeable.
  • the device 100 or the molding tools 120 can be designed such that a plurality of wire segments 200 can be bent simultaneously.

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Abstract

Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen eines wellenförmig gebogenen Drahtsegments Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (100) zum Herstellen eines wellenförmig gebogenen Drahtsegments (200), insbesondere für die Verwendung als Statorwicklung in einer elektrischen Maschine, mit einer Linearführung (110) und mit mehreren Formwerkzeugen (120a, 120f), die längsverschieblich und drehbar an der Linearführung (110) gelagert sind und die jeweils einen Aufnahmebereich zur Fixierung des zu biegenden Drahtsegments (200) aufweisen. Die Formwerkzeuge (120a, 120f) sind gegensinnig verdrehbar (a, b) und gleichzeitig entlang der Linearführung (110) zusammenfahrbar, um das daran fixierte Drahtsegment (200) in eine Wellenform biegen zu können. Die Erfindung betrifft ferner ein mit dieser Vorrichtung (100) ausführbares Verfahren zum Herstellen eines wellenförmig gebogenen Drahtsegments (200).

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen eines
wellenförmig gebogenen Drahtsegments
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines wellenförmig gebogenen Drahtsegments bzw. Drahtstücks, insbesondere für die weitere Verwendung als Statorwicklung in einer elektrischen Maschine.
Elektrische Maschinen betreffender Art, wie insbesondere Elektromotoren und Generatoren, weisen einen feststehenden Stator mit einer Statorwicklung und einen im Inneren des Stators drehbar gelagerten Rotor (Innenläufer) auf. Typischerweise ist der Stator an seinem Innenumfang oder Außenumfang mit axial verlaufenden Längsnuten ausgebildet, die Aufnahmeräume für die Statorwicklung bereitstellen. Bei der Statorwicklung handelt es sich um eine elektrische Spule aus Leitungsdraht (in der Regel ein isolierter Kupferdraht), die aus einem einzelnen Langdraht oder mehreren Einzeldrähten hergestellt wird, was mitunter sehr aufwändig ist. Eine gängige Herstellweise sieht vor, dass die Statorwicklung durch direktes Aufwickeln wenigstens eines Leitungsdrahts auf den Stator bzw. Statorkörper hergestellt wird. Eine andere gängige Vorgehensweise sieht vor, dass einzelne Leitungsdrahtsegmente bzw. -stücke zunächst vorgeformt und dann in die Nuten bzw. Aufnahmeräume des Stators eingesetzt werden.
Die EP 1 974 443 B1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Stators einer elektrischen Rotationsmaschine. Zur Bildung der Statorwicklung werden in einem ersten Schritt die Leiter mittels eines Verlegekopfs auf einem linearen Träger abgelegt, wobei dieser Träger mit Kerben ausgebildet ist, in die hinein die Leiter durch wellenartiges Falten und/oder Biegen in mehreren Lagen angeordnet werden. In zwei Transferschritten werden die wellenförmig vorgeformten Leiter dann zunächst von dem linearen Träger auf einen ringförmigen Träger und von dort auf den Stator übertragen.
Mit der Erfindung sollen eine neuartige Vorrichtung und ein damit ausführbares Verfahren zum sicheren und wiederholbaren Herstellen wellenförmig gebogener Drahtsegmente, insbesondere für die weitere Verwendung als Statorwicklung in einer elektrischen Maschine, bereitgestellt werden.
Dies gelingt mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und mit einem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen wellenförmig gebogener Drahtsegmente umfasst (wenigstens) eine Linearführung, insbesondere eine Schiene oder dergleichen, und mehrere Formwerkzeuge (wenigstens zwei), die längsverschieblich und drehbar an der Linearführung gelagert sind und die jeweils (wenigstens) einen Aufnahmebereich zur Fixierung wenigstens eines zu biegenden bzw. zu formenden Drahtsegments aufweisen. Um das an den Formwerkzeugen fixierte Drahtsegment in eine definierte Wellenform umformen bzw. biegen zu können, sind die Formwerkzeuge gegensinnig verdrehbar und gleichzeitig entlang der Linearführung zusammenfahrbar bzw. zusammenschiebbar.
Ein mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestelltes wellenförmiges Drahtsegment weist vor- und rücklaufende Abschnitte und diese verbindende Übergänge in Form von Wendeabschnitten bzw. Übergangsabschnitten auf, woraus sich näherungsweise in der Draufsicht eine Wellenform ergibt. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Wellenform im Wesentlichen parallele Geradabschnitte und diese verbindende Wende- bzw. Übergangsabschnitte aufweist. Die Geradabschnitte bilden die Nutabschnitte, die später in die Nuten bzw. Aufnahmeräume des Stators bzw. Statorkörpers (bspw. ein Statorblechpaket) eingesetzt werden. Die Wendeabschnitte verbinden außerhalb der Statornuten die Nutabschnitte. Dabei ist es möglich, dass die Wendeabschnitte mehrere Statornuten übergreifen, die Nutabschnitte eines Drahtsegments also nicht in unmittelbar benachbarten Statornuten angeordnet werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung (gleiches gilt für das erfindungsgemäße Verfahren) ermöglicht die einfache, prozesssichere und reproduzierbare Herstellung mit definierter Wellenform gebogener Drahtsegmente, wobei die erfindungsgemäße Vorrichtung mit wenigen Formwerkzeugen auskommt. Da alle Nut- und Wendeabschnitte der Wellenform im Wesentlichen gleichzeitig erzeugt werden, ergibt sich eine sehr kurze Taktzeit (insbesondere im Vergleich zu einer schrittweisen Formung des Drahts durch einzeln ausgeführte Biegeschritte). Aufgrund der schonenden Umformung kann der Draht, insbesondere ein Leitungsdraht, bereits mit einer elektrischen Isolierung, bspw. einem Isolierlack, versehen sein.
Bevorzugt wird ein erfindungsgemäß hergestelltes, wellenförmig gebogenes Drahtsegment im Weiteren für die Herstellung einer Statorwicklung verwendet, insbesondere für eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug (bspw. eine Lichtmaschine bzw. einen Generator und/oder einen Elektromotor, insbesondere einen Fahrmotor). Hierzu wird das wellenförmige Drahtstück direkt oder über einen Dummy (bspw. wie in der EP 1 974 443 B1 beschrieben) in den Statorkörper bzw. das Statorblechpaket eingesetzt, wobei sich die Nuten bzw. Aufnahmeräume sowohl innen als auch außen befinden können. Bevorzugt ist vorgesehen, dass mehrere solcher wellenförmig gebogener Drahtsegmente in den Nuten bzw. Aufnahmeräumen des Statorkörpers in radialer Richtung übereinander gestapelt werden (siehe bspw.
Fig. 16 der EP 1 974 443 B1 ), um die zur Verfügung stehenden Aufnahmeräume für die Statorwicklung möglichst kompakt auszufüllen und einen hohen Füllgrad zu erreichen (insbesondere bei begrenztem Bauraum und/oder hohen Leistungsanforderungen besteht der Anspruch eines hohen Füllgrads). Begünstigt wird dies durch Verwendung von Rechteckdraht (wie nachfolgend noch näher erläutert). Bevorzugt handelt es sich bei der elektrischen Maschine um einen Innenläufer, wobei es sich prinzipiell auch um einen Außenläufer handeln kann.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Formwerkzeuge der erfindungsgemäßen Vorrichtung einen Lagerabschnitt für die Halterung bzw. Befestigung an der Linearführung und einen Aufnahmeabschnitt mit daran ausgebildetem Aufnahmebereich aufweisen, wobei der Lagerabschnitt und der Aufnahmeabschnitt mittels kugel- gelagertem Drehgelenk oder dergleichen verbunden sind. Das Drehen bzw. die Verdrehbewegung kann dadurch weitgehend reibungsfrei erfolgen.
Die Aufnahmebereiche an den Formwerkzeugen sind bevorzugt als Nuten ausgebildet, die das umzuformende Drahtsegment an den entsprechenden Stellen formschlüssig aufnehmen können.
Die rutschfeste Fixierung des Drahtsegments in den Aufnahmebereichen der Formwerkzeuge kann mittels aufsetzbarer Anpressplatten erfolgen. Die lösbare Befestigung der Anpressplatten kann bspw. mittels Verschraubung oder dergleichen erfolgen.
Die Formwerkzeuge können ferner mit wenigstens einem Formungsabschnitt zur Ausformung von Übergängen (d. h. Wendeabschnitten bzw. Übergangsabschnitten) in der herzustellenden Wellenform ausgebildet sein.
Zumindest einige der Formwerkzeuge können mit Abstandshaltern ausgebildet sein, die beim Zusammenfahren eine definierte Endstellung für die Formwerkzeuge vorgeben, indem diese insbesondere die Verdrehbewegung und/oder die Zusammenfahrbewegung begrenzen. Mit Hilfe solcher Abstandshalter kann während des Biegeprozesses der Drehwinkel der Formwerkzeuge bzw. deren Aufnahmeabschnitte begrenzt und entlang der Linearführung ein Abstand, bis zu dem die Formwerkzeuge zusammenfahrbar bzw. -schiebbar sind, definiert werden.
Bevorzugt weist die erfindungsgemäße Vorrichtung auch wenigstens einen Antrieb zum aktiven Verdrehen und/oder Verschieben (d. h. Zusammenfahren und Auseinanderfahren) der Formwerkzeuge auf. Der Antrieb kann über einen geeigneten Antriebsmechanismus einzelne oder alle Formwerkzeuge aktiv antreiben. Bei dem Antrieb handelt es sich bspw. um einen elektrischen, hydraulischen oder
pneumatischen Dreh- oder Linearantrieb (Motor).
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen wellenförmig gebogener Drahtsegmente umfasst zumindest die folgenden Schritte: - Bereitstellen einer Vorrichtung, insbesondere einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die (wenigstens) eine Linearführung und mehrere daran längsverschieblich und drehbar gelagerte Formwerkzeuge aufweist;
- stellenweises Fixieren wenigstens eines zu formenden bzw. unverformten, insbesondere geraden Drahtsegments an den Formwerkzeugen, wozu diese gemäß vorausgehender Erläuterungen mit Aufnahmebereichen ausgebildet sein können;
- Herstellen der Wellenform, wozu die Formwerkzeuge zusammen mit dem daran fixierten Drahtsegment gegensinnig verdreht und gleichzeitig entlang der Linearführung, insbesondere auf einen vorbestimmten Abstand, zusammengefahren bzw. zusammengeschoben werden, d. h. die zunächst zueinander beabstandeten Formwerkzeuge werden unter Abstandsverkürzung gegensinnig verdreht und formen dabei das aufgenommene Drahtsegment in einem Arbeits- bzw. Umformschritt wellenförmig um.
Bevorzugt erfolgt der Biege- bzw. Umformvorgang im kalten Zustand, d. h. das Drahtsegment weist in etwa Raumtemperatur auf. Ferner kann das Drahtsegment eine Isolierung aufweisen, wie obenstehend bereits erläutert. Die Erfindung eignet sich auch zum Biegen von Drähten mit nicht-runden Querschnitten. Das Drahtsegment kann bspw. einen rechteckigen Querschnitt aufweisen (sogenannter Rechteckdraht).
Die Erfindung wird nachfolgend in nicht einschränkender Weise anhand eines in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die in den Figuren gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch losgelöst von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung weiterbilden.
Die Fig. 1 bis 3 zeigen in einer Draufsicht eine erfindungsgemäße Vorrichtung und die Abfolge beim Biegen eines Drahtsegments.
Die Fig. 4 zeigt vergrößert einen Schnitt durch ein Formwerkzeug der Vorrichtung, gemäß dem in Fig. 1 angegebenen Schnittverlauf (C-C). Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 100 zum wellenförmigen Biegen von Leitungsdraht 200. Die wiederverwendbare Vorrichtung 100 weist eine als Schiene ausgebildete Linearführung 1 10 auf, an der schütten- bzw. wagenartig mehrere Formelemente bzw. Formwerkzeuge 120 (120a bis 120f) gelagert sind. Die gezeigte Anzahl von insgesamt sechs Formwerkzeugen 120 ist nur beispielhaft. Die Linearführung 1 10 ist bspw. auf einer Grundplatte, einem Traggestell oder dergleichen angeordnet. Anstatt einer einzelnen Linearführung 1 10 können in äquivalenter Weise auch mehrere, insbesondere parallel angeordnete, Linearführungen vorgesehen sein.
Die Formwerkzeuge 120 sind jeweils mit einem Aufnahmebereich 123 für den zu formenden Leitungsdraht 200 ausgebildet. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, weisen die Formwerkzeuge 120 einen Lagerabschnitt 121 (bspw. eine Rolle) für die Halterung an der Linearführung 1 10 und einen Aufnahmeabschnitt bzw. eine Formwerkzeugplatte 122 mit dem Aufnahmebereich 123 auf, wobei der Lagerabschnitt 121 und der Aufnahmeabschnitt 122 mittels kugelgelagertem Drehgelenk 126 verkippungsfrei verbunden sind. Die Drehachse ist mit L bezeichnet (wie aus Fig. 4 ersichtlich, schneiden sich die Drahtachse und die Drehachse). Die Lagerung an der Schiene 1 10 kann bspw. mittels Rollen oder dergleichen erfolgen. Die Formwerkzeuge 120 bzw. deren Aufnahmeabschnitte 122 sind also längs- bzw. linearverschieblich und um die Achse L drehbar an der Schiene 1 10 gelagert. Bis auf das erste Formwerkzeug 120a und das letzte Formwerkzeug 120f sind alle dazwischen befindlichen Formwerkzeuge 120b bis 120e identisch bzw. spiegelsymmetrisch ausgebildet und bezüglich der Drahtachse abwechselnd spiegelverkehrt angeordnet.
Zum Ausführen eines Biegevorgangs wird der zu biegende Leitungsdraht 200, wobei dieser typischerweise bereits mit einem Isolierlack versehen ist, in die zueinander fluchtend ausgerichteten Aufnahmebereiche 123 der Formwerkzeuge 120 eingesetzt, wie in Fig. 1 gezeigt. Der Draht 200 kann bspw. von einer Rolle abgezogen, mithilfe einer Richtvorrichtung gerade gerichtet und dann abgelängt sein. Der Draht 200 weist bspw. einen Durchmesser von 2,0 mm bis 4,0 mm auf. Bevorzugt handelt es sich um einen Rechteckdraht (Draht mit rechteckigem Querschnitt). Vorzugsweise handelt es sich um einen Kupferdraht, insbesondere isolierten Kupferdraht. Das im Wesentlichen gerade Drahtstück bzw. Drahtsegment 200 kann bspw. von oben in die Formwerkzeuge 120 eingesetzt oder in axialer Richtung eingeführt bzw. eingefädelt werden. Die Aufnahmebereiche 123 sind mit einer Profilierung, bspw. einer Nut oder dergleichen, ausgebildet. Die Fixierung des eingelegten Drahtsegments 200 erfolgt mit Hilfe von Anpressplatten 127 (siehe Fig. 4), um beim Biegen das Ausbeulen und/oder Durchrutschen des Drahts 200 zu verhindern. Die in den Fig. 1 bis 3 nicht dargestellten Anpressplatten 127 können bspw. mittels
Verschraubung 128 befestigt werden, wodurch der Draht 200 in die zugehörigen Profilierungen bzw. Nuten der Aufnahmebereiche 123 eingespannt wird. Zwischen dem Leitungsdraht 200 und den Aufnahmebereichen 123 bestehen Übergangspassungen. Ferner sind die Aufnahmebereiche 123 poliert, um die Drahtoberfläche bzw. den Isolierlack beim Einsetzen bzw. Einlegen und während des nachfolgenden Biegeprozesses nicht zu beschädigen.
Vor, während oder nach dem Einlegen bzw. Einfädeln des Drahtsegments 200 werden die Formwerkzeuge 120 zueinander auf vorbestimmte Abstände, bspw. gleichmäßige Abstände (wie in Fig. 1 gezeigt) gebracht. Die richtigen Abstände ergeben sich mathematisch aus der Abwicklung der herzustellenden Wellenform.
Ausgehend von dem in Fig. 1 gezeigten Ausgangszustand, wobei das zu formende bzw. zu biegende Drahtsegment 200 an mehreren Stellen an den Formwerkzeugen 120 fixiert ist, werden die Formwerkzeuge 120 nun entlang der Schiene 1 10 zusammengefahren bzw. zusammengeschoben und dabei verdreht, wobei benachbarte Formwerkzeuge 120 gegensinnig verdreht werden, wie in Fig. 2 durch die Bogenpfeile a und b veranschaulicht (Fig. 2 zeigt einen Zwischenzustand). Das Zusammenschieben, wobei sich der Abstand zwischen den einzelnen Formwerkzeugen 120 verringert, und das Verdrehen der Formwerkzeuge 120 findet gleichzeitig statt. Das gleichzeitige Zusammenschieben und Verdrehen kann kontinuierlich erfolgen. Ebenso ist denkbar, dass das Zusammenschieben und Verdrehen abwechselnd in Teilschritten ausgeführt wird. Durch das lineare Zusammenschieben und gegensinnige Verdrehen der Formwerkzeuge 120 wird das Drahtsegment 200 wellenförmig umgeformt bzw. gebogen und nimmt schließlich die in Fig. 3 gezeigte Wellenform an, wie nachfolgend noch näher erläutert.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das erste (linke) Formwerkzeug 120a ortsfest und kann nur eine Dreh- bzw. Verdrehbewebung ausführen. Die Kraft für das Zusammenschieben und Verdrehen der Formwerkzeuge 120 kann unterschiedlich aufgebracht werden. Die Formwerkzeuge 120 können bspw. aktiv, d. h. mittels geeignetem Antrieb, zusammengefahren werden, wobei es ausreichend sein kann, dass nur das letzte (rechte) Formwerkzeug 120f aktiv bewegt wird. Ferner kann die Drehbewegung der Formwerkzeuge 120 aktiv, d. h. mittels geeigneten Antrieben (wobei alle oder nur einzelne Formwerkzeuge 120 drehangetrieben sein können), oder passiv, d. h. in Folge des Zusammenschiebens, erfolgen. Für das passive Verdrehen kann der gewünschte Drehsinn bzw. die gewünschte Drehrichtung, bspw. durch eine in die entgegengesetzte Drehrichtung wirkende Drehsperre, vorgegeben werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, einzelne Formwerkzeuge 120 (bspw. das erste und das vorletzte) oder auch alle Formwerkzeuge 120 aktiv zu verdrehen, wobei sich die Abstände zwischen den Formwerkzeugen 120 zwangsläufig verringern und sich die Formwerkzeuge 120 entlang der Linearführung 1 10 passiv aufeinander zu bewegen. Bevorzugt ist eine Kombination aus aktivem Zusammendrücken bzw. Zusammenfahren und aktivem Verdrehen aller oder einzelner
Formwerkzeuge 120 vorgesehen.
Der Biegevorgang ist beendet, wenn die Formwerkzeuge 120 die gewünschte Endstellung eingenommen haben, wie in Fig. 3 gezeigt (Fig. 3 zeigt den Endzustand). Die Formwerkzeuge 120 können mit Abstandshaltern 129a und 129b ausgebildet sein, die eine gewünschte Endstellung und einen gewünschten Endabstand zwischen den Formwerkzeugen 120 gewährleisten. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Abstandshalter 129a verrundet ausgebildet, so dass diese beim Anschlagen verkantungsfrei abrollen können (s. u.).
Fig. 3 zeigt ferner das fertig gebogene Drahtsegment 200, das gerade und zueinander parallele Abschnitte 210 und Übergänge 220 in Gestalt bogenartiger Übergangs- bzw. Wendeabschnitte aufweist. Die geraden Abschnitte 210 werden später in die Nuten des Stators eingesetzt (wie bspw. in der Fig. 1 der EP 1 974 443 B1 gezeigt) und können daher auch als Nutabschnitte bzw. -segmente bezeichnet werden. Die beiden gerade auslaufenden Drahtenden dienen der elektrischen Kontaktierung (zur Herstellung einer Wellenwicklung wird bspw. das Ende eines ersten wellenförmigen Drahtsegments 200 mit dem Anfang eines zweiten wellenförmigen Drahtsegments 200 kontaktiert). Damit die Wendeabschnitte 220 nicht frei, sondern in definierter Weise gebogen bzw. geformt werden, sind die Formwerkzeuge 120 ferner am Ende der nutartigen Aufnahmebereiche 123 mit Formabschnitten 124 und/oder 125 ausgebildet, mit denen die Wendeabschnitte 220 ausgeformt werden, wie sich dies anschaulich aus Fig. 2 ergibt. Die Wende- bzw.
Fußabschnitte 220 weisen stumpfe Spitzen 225 auf, die durch Biegen des Drahts 200 um die Formabschnitte 124 erzeugt werden.
Die als Ausleger ausgebildeten Abstandshalter 129a fungieren auch als Hebelarme, die nach einem bestimmten Zusammenfahrweg und Verdrehwinkel an den benachbarten Formwerkzeugen 120 zum Anschlag kommen und dann beim weiteren Zusammenfahren und Verdrehen das Verspannen des Drahts 200 entlang der Formabschnitte 124 und/oder 125 ermöglichen, so dass der Draht 200 vollständig anliegt und nicht ausbeult. Die Fixierung des Drahts 200 mithilfe der aufsetzbaren Anpressplatten 127 gewährleistet beim Biegen der Wendeabschnitte 220 die
Beibehaltung einer konstanten Abwicklungslänge, indem das Durchrutschen und Ausbeulen verhindert wird. Bevorzugt sind die Anpressplatten 127 derart ausgebildet, dass das Ausformen der Wendeabschnitte 220 nicht beeinträchtigt wird, dass also in diesen Bereichen der zu formende bzw. zu biegende Draht 200 lediglich geführt aber nicht eingespannt ist.
Jedes Formwerkzeug 120 erzeugt also einen Nutabschnitt 210 und einen Teil angrenzender Übergangs bzw. Wendeabschnitte 220. Die benötigte Anzahl der Formwerkzeuge 120 ergibt sich somit aus der Anzahl der herzustellenden Nutabschnitte 210. Die einen Wendeabschnitt 220 formenden benachbarten Formwerkzeuge 120 können auch als Formwerkzeugepaar bezeichnet werden. Mit einem Formwerkzeugepaar können zwei Nutabschnitte 210 und ein diese Nutabschnitte 210 verbindender Wendeabschnitt 220 erzeugt werden. Wie vorausgehend erläutert, haben die Formwerkzeuge 120 eines Formwerkzeugepaars einen gegensätzlichen Drehsinn.
Nachdem der Biegeprozess beendet ist (Fig. 3) werden die Anpressplatten 127 gelöst und das nun wellenförmig geformte Drahtsegment 200 kann entnommen werden (gegebenenfalls wird die Vorrichtung 100 vorher noch entspannt). Ein etwaiges Auffedern der Wellenform kann durch sogenanntes Überbiegen im
Biegeprozess kompensiert werden (ausgehend von der in Fig. 3 gezeigten Stellung der Formwerkzeuge 120 können diese bis zum Anschlagen der vorsprungartigen Abstandshalter 129b geringfügig überdreht werden, wodurch es dann zum Überbiegen bzw. Überspannen des Drahts 200 kommt). Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Umform- bzw. Biegeprozess in einer Ebene stattfindet, d. h. dass dieser 2- dimensional ist. In einem nachgelagerten Prozessschritt kann das 2-dimensional geformte wellenförmige Leitungsdrahtsegment 200 vor dem Einsetzen in den Stator noch rundgebogen werden.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren gezeigte Wellenform beschränkt. Es versteht sich von selbst, dass durch entsprechende Abwandlung der Formwerkzeuge 120 auch andere Wellenformen herstellbar sind. Bevorzugt sind die Aufnahmeabschnitte bzw. Formwerkzeugplatten 122 der Formwerkzeuge 120 austauschbar ausgebildet. Ferner kann die Vorrichtung 100 bzw. können die Formwerkzeuge 120 so ausgebildet sein, dass gleichzeitig mehrere Drahtsegmente 200 gebogen werden können.
Bezuqszeichen
100 Vorrichtung
1 10 Linearführung
120 Formwerkzeug
121 Lagerabschnitt
122 Aufnahmeabschnitt
123 Aufnahmebereich
124 Formabschnitt
125 Formabschnitt
126 Drehgelenk
127 Anpressplatte
128 Verschraubung
129 Abstandshalter
200 Drahtstück
210 Nutabschnitt, Geradabschnitt
220 Übergang, Wendeabschnitt
225 Spitze
L Drehachse
a Drehsinn
b Drehsinn

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (100) zum Herstellen eines wellenförmig gebogenen Drahtsegments (200), insbesondere für die Verwendung als Statorwicklung in einer elektrischen Maschine, mit einer Linearführung (110) und mit mehreren Formwerkzeugen (120), die längsverschieblich und drehbar an der Linearführung (110) gelagert sind und die jeweils einen Aufnahmebereich (123) zur Fixierung des zu biegenden Drahtsegments (200) aufweisen, wobei die Formwerkzeuge (120), um das daran fixierte Drahtsegment (200) in Wellenform biegen zu können, gegensinnig verdrehbar (a, b) und gleichzeitig entlang der Linearführung (110) zusammenfahrbar sind.
2. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Formwerkzeuge (120) einen Lagerabschnitt (121) für die Halterung an der Linearführung (110) und einen Aufnahmeabschnitt (122) mit dem Aufnahmebereich (123) aufweisen, wobei der Lagerabschnitt (121 ) und der Aufnahmeabschnitt (122) mittels kugelgelagertem Drehgelenk (126) verbunden sind.
3. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmebereiche (123) an den Formwerkzeugen (120) als Nuten ausgebildet sind.
4. Vorrichtung (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die rutschfeste Fixierung des Drahtsegments (200) in den Aufnahmebereichen (123) der Formwerkzeuge (120) mittels aufsetzbarer Anpressplatten (127) erfolgt.
5. Vorrichtung (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formwerkzeuge (120) ferner mit wenigstens einem Formungsabschnitt (124, 125) zur Ausformung von Übergängen (220) in der Wellenform ausgebildet sind.
6. Vorrichtung (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formwerkzeuge (120) mit Abstandshaltern (129a, 129b) ausgebildet sind, die eine Endstellung vorgeben.
7. Vorrichtung (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese wenigstens einen Antrieb zum Verdrehen und/oder Verschieben der Formwerkzeuge (120) aufweist.
8. Verfahren zum Herstellen eines wellenförmig gebogenen Drahtsegments (200), insbesondere für die Verwendung als Statorwicklung in einer elektrischen Maschine, umfassend:
- Bereitstellen einer Vorrichtung (100), die eine Linearführung (1 10) und mehrere daran längsverschieblich und drehbar gelagerte Formwerkzeuge (120) aufweist;
- Fixieren des zu formenden Drahtsegments (200) an den Formwerkzeugen (120);
- Herstellen der Wellenform, wozu die Formwerkzeuge (120) zusammen mit dem daran fixierten Drahtsegment (200) gegensinnig verdreht (a, b) und gleichzeitig entlang der Linearführung (1 10) zusammengefahren werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Drahtsegment (200) eine Isolierung aufweist.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Drahtsegment (200) einen rechteckigen Querschnitt aufweist.
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