DE102020131719A1

DE102020131719A1 - Klemmvorrichtung und -verfahren

Info

Publication number: DE102020131719A1
Application number: DE102020131719.0A
Authority: DE
Inventors: Ralph Merbeth; Marek Betnerowicz
Original assignee: Roescher Automatisierungstechnik und Konst GmbH; Roescher Automatisierungstechnik und Konstruktion GmbH
Current assignee: Roescher Automatisierungstechnik und Konst GmbH; Roescher Automatisierungstechnik und Konstruktion GmbH
Priority date: 2020-11-30
Filing date: 2020-11-30
Publication date: 2022-06-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Klemmvorrichtung, insbesondere zur Verwendung mit einer Drahtendenumformeinrichtung zum Umformen von aus einem Stator (10) einer elektrischen Maschine aus einer Vielzahl von Nuten (12) vorstehenden Drahtenden (16). Weiterhin betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Klemmen von aus einem Stator (10) einer elektrischen Maschine aus einer Vielzahl von Nuten (12) vorstehenden Drahtenden (16).Eine erfindungsgemäße Klemmvorrichtung umfasst eine Vielzahl von kreisförmig angeordneten und entlang der jeweiligen Erstreckungsrichtung (L) linear verschiebbaren Stiften (20), wobei die Stifte (20) derart angeordnet sind, dass diese in radialer Richtung (R) zwischen die mehrlagigen Drahtenden (14) eingreifen und diese in tangentialer Richtung (T) fixieren können, wobei Klemmelemente (22) in tangentialer Richtung (T) zwischen die einzelnen Lagen der Drahtenden (16) eingreifen und diese in radialer Richtung (R) fixieren können. Das Fixieren der Drahtenden (16) in tangentialer Richtung (T) und in radialer Richtung (R) kann zeitgleich oder zeitlich versetzt erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Klemmvorrichtung, insbesondere zur Verwendung mit einer Drahtendenumformeinrichtung zum Umformen von aus einem Stator einer elektrischen Maschine aus einer Vielzahl von Nuten vorstehenden Drahtenden. Weiterhin betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Klemmen von aus einem Stator einer elektrischen Maschine aus einer Vielzahl von Nuten vorstehenden Drahtenden.
Elektrisch angetriebene Maschinen verdrängen Verbrennungsmaschinen auch in deren klassischen Anwendungsfeldern in zunehmendem Maße. Hierfür werden vor allem günstig herzustellende und zuverlässig arbeitende Elektromotoren benötigt. Diese bestehen im Allgemeinen aus einem feststehenden Stator und einem beweglich angeordneten Rotor. Dabei ist der Stator zumeist um den Rotor herum angeordnet und mit einem Gehäuse verbunden. Der Rotor wird über eine magnetische Wechselwirkung mit einem Statormagnetfeld angetrieben. Hierzu wird üblicherweise ein elektromagnetisches Wechselfeld durch Anlegen von Drehstrom an mehrere Spulenwicklungen im Stator erzeugt.
Da das Herstellen entsprechender Statorwicklungen ein besonders aufwendiger und kostenintensiver Prozess bei der Motorenherstellung ist, wurden unterschiedliche Verfahren zu dessen Vereinfachung entwickelt. Insbesondere zur Herstellung von Elektromotoren für die Automobilindustrie hat sich dabei mittlerweile die sogenannte Hairpin-Technologie (auch als Stecktechnik bezeichnet) etabliert. Hierdurch ist auch eine Erhöhung des Wirkungsgrads des Elektromotors möglich. Bei der Hairpin-Technologie werden die Statorspulen nicht mehr durch das Einbringen und Wickeln von Drähten innerhalb des Stators erzeugt, sondern es werden speziell geformte Drahtstücke („Haarnadeln“) oder einzelne Drähte an einer zylinderförmig ausgebildeten Innenseite des Stators entlang seiner Erstreckungsrichtung beabstandet und elektrisch isoliert voneinander in mehreren Lagen übereinander angeordnet. Die einzelnen Drahtelemente haben dabei zumeist einen rechteckigen Querschnitt, da dieser eine optimale Packungsdichte ermöglicht. Die jeweiligen Drahtenden stehen aus dem Stator hervor, so dass durch anschließendes gezieltes Verbinden der einzelnen Drahtenden untereinander mehrere Spulenstromkreise ausgebildet werden können. Das Herstellen der Statorwicklungen kann somit rein schaltungstechnisch außerhalb des Blechpakets des Stators erfolgen.
Ein wichtiger Prozessschritt in der Herstellung solcher Statoren ist jedoch das Schränken (auch als Twisten bezeichnet) und Kontaktieren der einzelnen Drähte. In einer Schränkanlage werden die Drähte eines Stators in einem Lamellenpaket gegenseitig verbogen („geschränkt“). Die Drähte müssen hierfür präzise in das Schränkwerkzeug eingeführt werden. Dazu ist es notwendig, die Drähte, die sich in einem Lamellenpaket befinden, gegeneinander auszurichten und zu fixieren, während sie in das Schränkwerkzeug eintauchen. Die Drähte müssen dabei sowohl in radialer als auch in tangentialer Richtung präzise positioniert werden, da ansonsten die Gefahr besteht, dass die Drähte nicht in die Taschen der Schränkwerkzeuge treffen und beschädigt werden oder neben die Taschen der Schränkwerkzeuge gelangen, was zu einem Ausschuss in der Produktion führen kann. Die sich daran typischerweise anschließenden Prozessschritte, wie ein eventuelles Ablängen oder Kontaktieren mittels Laserschweißen, erfordern ebenfalls eine genaue und stabile Halterung der einzelnen Drahtenden. Es wird somit eine Klemmvorrichtung als Werkzeug benötigt, welche in der Lage ist, die einzelnen Drähte eines Lamellenpaketes zu fassen und präzise positioniert gegeneinander zu fixieren.
Aus FR 0212441 sind Drehstifte mit ein- oder zweiseitigen Kammflächen bekannt. Das Prinzip funktioniert wie bei einem Schlüssel, wobei die Kammflächen den jeweiligen Schlüsselbart darstellen. Der Drehstift fährt zunächst zwischen die Drahtlagen der einzelnen Nuten und wird anschließend derart gedreht, dass die Kammfläche zwischen die einzelnen Drähte einer Lage eingreifen und diese fixieren können. Die Drähte können dann zu den Nuten einer Schränkscheibe ausgerichtet und positioniert werden. Dieses Verfahren lässt sich jedoch nur schwer automatisieren, da pro Stift ein Antrieb zur Verdrehung benötigt wird und zudem auch eine axiale Zustellung der Stifte erfolgen muss.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Probleme des Standes der Technik zu überwinden oder zumindest zu verringern und ein Werkzeug zur Verfügung zu stellen, welches in der Lage ist, die aus einem Stator einer elektrischen Maschine aus einer Vielzahl von Nuten vorstehenden Drahtenden ohne eine Rotationsbewegung von Drehstiften zu fassen und präzise positioniert gegeneinander fixieren zu können. Insbesondere soll eine erfindungsgemäße Klemmvorrichtung mechanisch einfach zu realisieren sein und nur eine geringe Anzahl an Antrieben erforderlich machen.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gemäß den unabhängigen Patentansprüchen 1 und 8 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der rückbezogenen Unteransprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Klemmvorrichtung, insbesondere geeignet zur Verwendung mit einer Drahtendenumformeinrichtung zum Umformen von aus einem Stator einer elektrischen Maschine aus einer Vielzahl von Nuten vorstehenden Drahtenden, wobei die Nuten an einer zylinderförmig ausgebildeten Innenseite des Stators entlang seiner Erstreckungsrichtung beabstandet voneinander angeordnet sind, wobei sich die vorstehenden Drahtenden mehrlagig zwischen einem ersten Radius r₁ und einem kleineren zweiten Radius r₂ erstrecken. Die Klemmvorrichtung umfasst dabei eine Vielzahl von kreisförmig angeordneten Stiften, wobei die Erstreckungsrichtung der Stifte jeweils zur Kreismitte ausgerichtet ist und die zur Kreismitte weisenden Enden der Stifte in einer ersten Konfiguration eine erste kreisförmige Öffnung mit einem Radius größer als der erste Radius r₁ umschließen, wobei die Stifte entlang der jeweiligen Erstreckungsrichtung linear verschiebbar sind und die zur Kreismitte weisenden Enden der Stifte in einer zweiten Konfiguration eine zweite kreisförmige Öffnung mit einem Radius kleiner als der erste Radius r₁ umschließen können, wobei die Stifte derart angeordnet sind, dass diese in der zweiten Konfiguration in radialer Richtung zwischen die mehrlagigen Drahtenden eingreifen und diese in tangentialer Richtung fixieren können, wobei in der zweiten Konfiguration lateral zur Erstreckungsrichtung der Stifte verschiebbare Klemmelemente in tangentialer Richtung zwischen die einzelnen Lagen der Drahtenden eingreifen und diese in radialer Richtung fixieren können.
Es wird somit ein Werkzeug mit zwei Konfigurationen beschrieben, wobei in der ersten Konfiguration („geöffnet“) die erste kreisförmige Öffnung derart ausgebildet ist, dass das Werkzeug beim Ansetzen an den Stator die Drahtenden von außen senkrecht umfassen kann. In der zweiten Konfiguration („geschlossen“) können die einzelnen Drahtenden in tangentialer Richtung durch die Stifte und in radialer Richtung durch die Klemmelemente fixiert werden. Dieses Fixieren erfolgt durch Überführen des Werkzeugs von der ersten Konfiguration in die zweite Konfiguration, wobei dieses bevorzugt ausschließlich über räumliche Verschiebungen innerhalb einer Ebene ohne intrinsische Drehungen der einzelnen Komponenten des Werkzeugs erfolgt (Bewegungen in peripherer Richtung werden ebenfalls als räumliche Verschiebungen angesehen). Insbesondere werden dabei die einzelnen Stifte entlang der jeweiligen Erstreckungsrichtung linear in Richtung Kreismitte verschoben, so dass die zur Kreismitte weisenden Enden der Stifte in der zweiten Konfiguration eine zweite kreisförmige Öffnung mit einem Radius kleiner als der erste Radius r₁ umschließen können. Insbesondere kann in der zweiten Konfiguration die zweite kreisförmige Öffnung einen Radius kleiner oder gleich dem zweiten Radius r₂ umschließen. Es kann in der zweiten Konfiguration auch ein geringfügig größerer Radius als der zweite Radius r₂ umschlossen werden. Weiterhin greifen die Klemmelemente durch laterales Verschieben in tangentialer Richtung zwischen die einzelnen Lagen der Drahtenden ein und können diese in radialer Richtung fixieren. Unter einem lateralen Verschieben ist ein in Bezug auf die radiale Richtung seitliches Verschieben zu verstehen. Hierbei kann es sich insbesondere um Verschiebungen in tangentialer Richtung, aber auch in peripherer Richtung handeln. Das Verschieben kann auch Komponenten in beide der genannten Richtungen umfassen. Die Umkonfigurierung ist also insbesondere durch je eine räumliche Verschiebung in radialer und tangentialer bzw. peripherer Richtung gekennzeichnet. Die Anordnung der Enden der einzelnen Stifte kann in beiden Konfigurationen von einer exakten Kreisform abweichen. Die beiden genannten kreisförmigen Öffnungen können dann entsprechend in die jeweils ausgebildete freie Innenfläche dieser Anordnung als Teilfläche vollständig einpassbar angesehen werden.
Eine Fixierung der einzelnen Drahtenden erfolgt erfindungsgemäß somit durch Klemmen, wobei darunter verstanden wird, dass durch einen von den Stiften bzw. den Klemmelemente ausgeübten Druck ein darüber erfolgendes Festhalten der Drahtenden bewirkt wird. Dabei kann die eigentliche Fixierung der einzelnen Drahtenden in die tangentiale und die radiale Richtung entweder durch je eine der beiden Verschiebungen oder nur durch eine Verschiebung, insbesondere durch eine Verschiebung von lateral zur Erstreckungsrichtung der Stifte verschiebbaren Klemmelementen erfolgen. Im erstgenannten Fall können die Stifte bereits eine Breite entsprechend dem Abstand der Nuten aufweisen, so dass diese bereits „unter Druck“ passend in radialer Richtung zwischen die mehrlagigen Drahtenden in Eingriff gebracht werden. Die Klemmelemente können anschließend beispielsweise von einer Position ober-, unter- oder innerhalb der Stifte heraus in tangentialer Richtung verschoben werden. Im letztgenannten Fall würde eine Verschiebung der Stifte entlang der jeweiligen Erstreckungsrichtung linear in Richtung Kreismitte somit noch keine Klemmung der einzelnen Drahtenden bewirken, sondern erst durch die Verschiebung der Klemmelemente in tangentialer Richtung eine Fixierung der Drahtenden sowohl in radialer als auch in tangentialer Richtung bewirkt werden.
Die erfindungsgemäße Klemmvorrichtung kann außer zum Umformen auch ganz allgemein für sämtliche Aufgaben genutzt werden, bei denen die einzelnen Drähte einer Statornut bzw. eines Lamellenpaketes gefasst und präzise positioniert gegeneinander fixiert werden müssen. Diese Aufgaben umfassen insbesondere auch ein eventuelles Ablängen oder Kontaktieren der Drahtenden (z. B. mittels Schweißen oder Löten).
Vorzugsweise ist die Klemmvorrichtung einteilig ausgebildet. Die Klemmvorrichtung kann jedoch auch mehrteilig (insbesondere zweiteilig, z. B. in Form einer verschließbaren Ringschelle) ausgebildet sein, so dass zum Anlegen der Klemmvorrichtung an die Drahtenden in der ersten Konfiguration die Klemmvorrichtung zunächst aus den Teilen um die Drahtenden des Stators herum angeordnet und zusammengesetzt werden kann. Dies hat den Vorteil, dass das Werkzeug in einer Anwendungsebene bezüglich der Drahtenden angelegt und wieder entfernt werden kann. Bei einer einteiligen Ausführung des Werkzeugs muss hingegen eine Zuführung in die Anwendungsebene bzw. ein Entfernen über die Enden des Stators erfolgen.
Der Vorteil einer erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung liegt in einer geometrisch einfachen Anordnung der Stifte sowie einer präzisen Positionierbarkeit. Die Drahtenden werden in der jeweiligen Anwendungsebene komplett umfasst und in der Bewegungsfreiheit eingeschränkt. Ein weiterer Vorteil ist der vereinfachte Antrieb der Stifte. Bei den im Stand der Technik bekannten Stiften nach dem Schlüsselprinzip sind eine axiale Zustellung aller Stifte und eine Verdrehung pro Stift notwendig. Die erfindungsgemäße Klemmvorrichtung kommt hingegen ohne einen zusätzlichen Antrieb für die Verdrehung der Stifte oder eine Umformung aus einer linearen in eine rotierende Bewegung aus.
Vorzugsweise erfolgt das Verschieben der Stifte gekoppelt über einen gemeinsamen Antrieb. Unter einem Antrieb wird dabei ein Mittel zum Verschieben der Stifte verstanden. Insbesondere kann es sich hierbei um einen Aktuator (z. B. Motor oder Verstellelement) sowie ein Mittel zur Verteilung und Weiterleitung der vom Aktuator abgegeben Bewegungsenergie handeln. Auf die genaue Ausbildung des Antriebs kommt es hierbei nicht an, wesentlich ist vielmehr, dass die translatorischen Bewegungen der einzelnen Stifte mechanisch miteinander gekoppelt sind. Es werden somit nicht einzelne Stifte individuell gegeneinander verschoben, sondern es erfolgt eine koordinierte gemeinsame Verschiebung der Stifte. Dies kann beispielsweise nach dem Prinzip eines Spannfutters erfolgen, bei dem die einzelnen Spannbacken ebenfalls koordiniert zueinander bewegt werden um eine stufenlos in der Größe verstellbare zentrale Spannöffnung auszubilden.
Vorzugsweise erfolgt das Verschieben der Klemmelemente gekoppelt über einen gemeinsamen Antrieb. Auch hierbei kommt es wieder auf eine koordinierte gemeinsame Verschiebung der einzelnen Klemmelemente an. Die einem einzelnen Stift zuordenbaren Klemmelemente, d. h. die durch Verschieben in tangentialer Richtung zwischen die einzelnen Lagen der Drahtenden einer Nut eingreifenden Klemmelemente, können dabei durch einen gemeinsamen starren Träger miteinander verbunden sein. Für einen gemeinsamen Antrieb der Klemmelemente wäre in diesem Fall weiterhin lediglich eine koordinierte Verschiebung der einzelnen Träger in tangentialer Richtung vorzusehen. Durch eine entsprechende mechanische Kopplung der einem einzelnen Stift zuordenbaren Klemmelemente kann jedoch jedes Klemmelement der Klemmvorrichtung auch ohne einen solchen Träger bewegt werden. Beispielsweise kann eine konkrete Umsetzung einer gemeinsamen Verschiebung der Klemmelemente in tangentialer Richtung über keilförmig ausgebildete Gleitflächen realisiert werden, die an einer vorgesehenen Position für die Klemmelemente eine rechtwinklige Umlenkung eines Bewegungsflusses aus einer radialen Richtung in eine tangentiale Richtung bewirken.
Besonders bevorzugt erfolgt das Verschieben der Stifte und das Verschieben der Klemmelemente gekoppelt über einen gemeinsamen Antrieb. Dies bedeutet, dass die beiden Verschiebungen über eine Mechanik derart miteinander koordiniert sind, dass diese aus einer einzigen Stellbewegung (z. B. eines Motors oder Stellelements) heraus ein Überführen des Werkzeugs von der ersten Konfiguration in die zweite Konfiguration ermöglicht. Dies kann insbesondere durch eine Verknüpfung der in den beiden vorstehenden Absätzen genannten Ausführungsformen als Spannfutter in Kombination mit keilförmig ausgebildeten Umlenkelementen realisiert werden. Beispielsweise kann somit über einen einzelnen Aktuator ein die aus einem Stator einer elektrischen Maschine aus einer Vielzahl von Nuten vorstehenden Drahtenden umfassendes erfindungsgemäßes Klemmelement derart von der ersten Konfiguration in die zweite Konfiguration überführt werden, dass zunächst die einzelnen Stifte in radialer Richtung zwischen die mehrlagigen Drahtenden eingreifen und anschließend mechanisch gekoppelt verschiebbare Klemmelemente in tangentialer Richtung zwischen die einzelnen Lagen der Drahtenden eingreifen (analog einer optischen Irisblende).
Die Klemmelemente können derart ausgebildet sein, dass diese nur einseitig zwischen den einzelnen Lagen der Drahtenden einer Nut eingreifen. Alternativ können die Klemmelemente auch zweiseitig zwischen die einzelnen Lagen der Drahtenden einander benachbarter Nuten eingreifen. Ein einseitiges Eingreifen vereinfacht die Mechanik, hat jedoch den Nachteil, dass bei eventuell bestehenden Lage- oder Formabweichungen möglicherweise nicht richtig zwischen die Drahtenden eingegriffen werden kann und das Klemmelement blockiert. Durch ein beidseitiges Eingreifen können solche Blockaden eher vermieden werden, zudem kann die Klemmwirkung verbessert werden. Bevorzugt greifen die Klemmelemente in tangentialer Richtung sowohl links- als auch rechtsseitig in die Drahtenden einer Nut ein. Die Drahtenden einer Nut sind daher bevorzugt zu beiden Seiten von mindestens je einem Stift umgeben, wobei in der zweiten Konfiguration verschiebbare Klemmelemente in tangentialer Richtung sowohl links- als auch rechtsseitig zwischen die einzelnen Lagen der Drahtenden eingreifen und diese in radialer Richtung fixieren können.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Klemmelemente ein Element der Stifte. Dies bedeutet, dass die Klemmelemente entweder in die Stifte mit integriert sind oder als Elemente an den Stiften angeordnet sind. Integrierte Klemmelemente bedeuten, dass diese zunächst vollständig oder zumindest teilweise im Stiftkörper aufgenommen sein können und zum Klemmen aus diesem herausgeschoben werden können.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung bilden Stifte, bei denen die Klemmelemente einseitig als Vorsprünge an den Stiften ausgebildet sind und die Stifte zum Fixieren der Drahtenden zuerst in radialer Richtung und anschließend in tangentialer Richtung verschoben werden. Insbesondere können die Stifte einseitig fest an deren Außenseite angeordnete Klemmelemente als Vorsprünge aufweisen, wobei die Klemmelemente jeweils in einem Abstand entsprechend der Geometrie der Drahtenden (oder einem Vielfachen davon) angeordnet sind. Insofern wird hierbei das aus FR 0212441 bekannte Schlüsselprinzip adaptiert, wobei jedoch die Stifte zum Klemmen nicht rotiert werden müssen. Vielmehr ist die auf eine erfindungsgemäße Anwendung bezogene tangentiale Breite der Stifte mit den ebenfalls in tangentialer Richtung weisenden Klemmelementen derart gewählt, dass diese zwischen die Drahtlagen in den einzelnen Nuten in radialer Richtung frei eingeführt werden können und erst durch die Verschiebung der Stifte mit den Klemmelementen in tangentialer Richtung eine Fixierung der Drahtenden sowohl in radialer als auch in tangentialer Richtung bewirkt wird.
Für eine zweiseitige Klemmung können pro Nutenabstand zwei Stifte mit in unterschiedlichen Richtungen weisenden Klemmelementen und entgegengesetzter Verschiebungsrichtung in Eingriff gebracht werden. Diese Ausführungsform ist als äquivalent mit zweiteilig ausgeführten Einzelstiften anzusehen, wenn die beiden Teile Verschiebungen entsprechend der beschriebenen Doppelstiftanordnung ausführen. Bevorzugt werden die Stifte mit den Klemmelementen in zwei übereinander liegenden Ebenen zueinander angeordnet. Der Vorteil einer solchen Konfiguration besteht insbesondere darin, dass die Bewegung in radialer zunächst ungehindert ist, auch wenn Drähte in den Nuten nicht an dem gewünschten Ort stehen und dann durch die anschließende tangentiale Bewegung der beiden übereinander angeordneten Stifte an die gewünschte Stelle geschoben werden, um ein Eintauchen in die Schränkwerkzeuge ohne Verklemmen / Beschädigung der Drähte zu ermöglichen.
Mit anderen Worten, die Stifte, die zum Klemmen verwendet werden, können auch zweiteilig ausgeführt werden. Dies ermöglicht die Zuführung der Stifte zwischen benachbarten Nuten mit Drähten, an denen die jeweiligen Drahtenden zueinander ausgerichtet werden müssen. Die geteilten Stifte werden anschließend mit je einem Teil nach rechts und links (d. h. jeweils in entgegengesetzter tangentialer Richtung) an die Drähte verschoben. Die jeweiligen Klemmelemente können dabei kammförmig an den Stiftenteilen ausgebildet sein, so dass jeweils der eine Teil die rechte und der andere Teil die linke Seite der Drähte auf Höhe der Drahtenden in der Ebene einklemmt und dadurch fixiert. Dies ermöglicht u. a. ein sicheres Positionieren und Einfädeln in die Nuten eines entsprechenden Schränkwerkzeuges.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die Klemmelemente auch von den Stiften unabhängige Elemente der Klemmvorrichtung sein. Erfindungsgemäß sind die Stifte dabei derart angeordnet, dass diese in der zweiten Konfiguration in radialer Richtung zwischen die mehrlagigen Drahtenden eingreifen und diese in tangentialer Richtung fixieren können. Die lateral zur Erstreckungsrichtung der Stifte verschiebbaren Klemmelemente können bei dieser Ausführungsform unabhängig von den Stiften in tangentialer Richtung zwischen die einzelnen Lagen der Drahtenden eingreifen und diese in radialer Richtung fixieren. Eine mögliche Realisierung hierfür wäre eine Anordnung der Klemmelemente für die einzelnen Lagen der Drahtenden einer Nut entlang eines gemeinsamen Trägers, welcher unabhängig von den Stiften zwischen die einzelnen Drahtendenlagen eingeführt und anschließend tangential verschoben wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein entsprechendes Verfahren zum Klemmen von aus einem Stator einer elektrischen Maschine aus einer Vielzahl von Nuten vorstehenden Drahtenden mit einer Klemmvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Nuten an einer zylinderförmig ausgebildeten Innenseite des Stators entlang seiner Erstreckungsrichtung beabstandet voneinander angeordnet sind, wobei die Drahtenden sich in den Nuten mehrlagig zwischen einem ersten Radius r₁ und einem kleineren zweiten Radius r₂ erstrecken. Ein erfindungsgemäßes Verfahren umfasst das Anordnen der Klemmvorrichtung mit den Stiften in der ersten Konfiguration um die aus dem Stator vorstehenden Drahtenden (die Klemmvorrichtung kann dabei insbesondere einteilig zum Aufschieben oder mehrteilig zum Zusammensetzen ausgebildet sein); das Fixieren der Drahtenden in tangentialer Richtung durch Verschieben der Stifte in die zweite Konfiguration, wobei die Stifte in radialer Richtung zwischen die mehrlagigen Drahtenden eingreifen; und das Fixieren der Drahtenden in radialer Richtung durch Verschieben der Klemmelemente, wobei die Klemmelemente in tangentialer Richtung zwischen die einzelnen Lagen der Drahtenden eingreifen. Bevorzugt erfolgt das Fixieren der Drahtenden in tangentialer Richtung und in radialer Richtung zeitgleich. Alternativ kann das Fixieren auch zeitlich versetzt erfolgen.
Das Verfahren ist auf die Anwendung einer erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung gerichtet und bezieht sich daher unmittelbar auf die Funktionen der einzelnen Merkmale. Die diese Merkmale der Klemmvorrichtung betreffenden Beschreibungsteile gelten daher auch unmittelbar für das Verfahren. Dies gilt ebenfalls für die einzelnen beschriebenen Ausführungsformen inklusive der zugehörigen Beispiele und der hierzu genannten Vorteile.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung,
2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung, und
3 schematische Darstellungen unterschiedlicher beispielhafter Ausführungsformen erfindungsgemäßer Stifte.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung. Dabei ist in der linken Hälfte der Darstellung die Klemmvorrichtung in einer ersten Konfiguration A („geöffnet“) und einer zweiten Konfiguration B („geschlossen“) gezeigt. In der rechten Hälfte der Darstellung ist zur Verdeutlichung ein beispielhafter Stator 10 mit vorstehenden Drahtenden 16 zur Verwendung mit der Klemmvorrichtung sowohl in der Aufsicht (obere und untere Abbildung) sowie als seitliche Querschnittsdarstellung (mittlere Abbildung) gezeigt. Die entsprechenden Größenverhältnisse zwischen den einzelnen Abbildungen sind durch die gepunkteten Linien verdeutlicht. Die jeweiligen Raumrichtungen in den einzelnen Abbildungen sind durch die zugehörigen Dreibeine bestimmt. Die Abbildungen sind bezüglich der Anzahl der Nuten und deren gegenseitigen Abstand, der Anzahl der Drähte pro Nut und der Anzahl der Stifte / Klemmelemente rein schematisch und sollen lediglich das allgemeine Prinzip verdeutlichen. Insbesondere weisen reale Statoren 10 im allgemeinen eine deutlich höhere Anzahl an Nuten 12 (und somit Drahtenden 16) mit einheitlichen Abstand zueinander auf. Daher können zum tangentialen Fixieren der Drahtenden 16 einer Nut 12 diese auch links und rechtsseitig von je einem Stift 20 fixiert werden. Falls dies, z. B. bei teilweise größeren Abständen zwischen den Nuten 12, nicht realisiert werden kann, können die einzelnen Stifte 20 aber auch zum Umfassen der Drahtenden 16 für ein Fixieren ausgebildet sein. Eine einheitlich dichte Anordnung von Nuten 12 mit jeweils dazwischen anordenbaren Stiften 20, bei denen Klemmelemente 24 die einzelnen Drahtenden einer Nut 12 rechts- und linksseitig einklemmen können, ist in den einzelnen Darstellungen beispielhaft jeweils im rechten unteren Bereich angedeutet. Eine entsprechende relative Anordnungsdichte kann bei allen Ausführungsformen der Erfindung realisiert werden.
Die Klemmvorrichtung ist insbesondere zur Verwendung mit einer Drahtendenumformeinrichtung zum Umformen von aus einem Stator 10 einer elektrischen Maschine aus einer Vielzahl von Nuten 12 vorstehenden Drahtenden 16 vorgesehen, wobei die Nuten 12 an einer zylinderförmig ausgebildeten Innenseite des Stators 10 entlang seiner Erstreckungsrichtung Z beabstandet voneinander angeordnet sind, wobei sich die vorstehenden Drahtenden 16 mehrlagig zwischen einem ersten Radius r₁ und einem kleineren zweiten Radius r₂ erstrecken. Die Drahtenden 16 sind der aus dem Stator 10 vorstehende Abschnitt der in den Nuten 12 angeordneten mehrlagig angeordneten Drähte 14.
Die Klemmvorrichtung umfasst eine Vielzahl von kreisförmig angeordneten Stiften 20, wobei die Erstreckungsrichtung L der Stifte jeweils zur Kreismitte M ausgerichtet ist und die zur Kreismitte M weisenden Enden E der Stifte 20 in der ersten Konfiguration A eine erste kreisförmige Öffnung O1 mit einem Radius größer als der erste Radius r₁ (des Stators 10) umschließen, wobei die Stifte 20 entlang der jeweiligen Erstreckungsrichtung L linear verschiebbar sind und die zur Kreismitte M weisenden Enden E der Stifte 20 in einer zweiten Konfiguration B eine zweite kreisförmige Öffnung O2 mit einem Radius kleiner als der erste Radius r₁ (des Stators 10, in der gezeigten Darstellung beispielsweise kleiner als der zweite Radius r₂) umschließen können, wobei die Stifte 20 derart angeordnet sind, dass diese in der zweiten Konfiguration B in radialer Richtung R zwischen die mehrlagigen Drahtenden 14 eingreifen und diese in tangentialer Richtung T fixieren können, wobei in der zweiten Konfiguration B lateral zur Erstreckungsrichtung L der Stifte verschiebbare Klemmelemente 22 in tangentialer Richtung T zwischen die einzelnen Lagen der Drahtenden 16 eingreifen und diese in radialer Richtung R fixieren können (die beiden Bewegungsrichtungen sind unter Konfiguration B im oberen Stift 20 durch Pfeile angedeutet). Weiterhin zeigt die Abbildung eine Halterung 26 für die Stifte 20 der Klemmvorrichtung. Die Klemmvorrichtung kann, wie hier dargestellt, einteilig geschlossen, aber auch mehrteilig (insbesondere zweiteilig) ausgebildet sein. Eine mehrteilige Ausbildung vereinfacht das Anordnen bzw. das Entfernen der Klemmvorrichtung bezüglich einer Positionierung an den Drahtenden 16.
In der gezeigten Ausführungsform sind die einzelnen Klemmelemente 22 als Elemente der Stifte 20 dargestellt. Insbesondere sind beispielhaft die rechts- und linksseitigen Klemmelemente 22 jeweils über einen gemeinsamen Träger im Inneren der Stifte 20 angeordnet. In der Konfiguration A sind diese vollständig im Stift 20 versenkt, während in der Konfiguration B die einzelnen Klemmelemente 22 aus dem Stift 20 in tangentialer Richtung verschoben aus den beiden Seiten der Stiften 20 herausragen.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung. Die Art der Darstellung entspricht derjenigen aus 1, auf die Darstellung des Stators 10 und einer teilweise dichteren Anordnung der Stifte 20 wurde hierbei jedoch verzichtet. Die Bezugszeichen und deren Zuordnung gelten entsprechend, die Bedeutung einzelner Merkmale kann daher der Beschreibung zur 1 weitgehend analog entnommen werden. Auch bei dieser Ausführungsform sind die Klemmelemente 22 ein Element der Stifte 20, wobei jedoch zwischen zwei benachbarte Nuten 12 eines Stators 10 zwei Stifte 20 mit als Klemmelemente 22 dienenden Vorsprüngen 24, welche nur auf einer Seite der Stifte 20 angeordnet sind, angeordnet sind. Die Stifte 20 eines solchen Paares sind dabei derart angeordnet, dass die Vorsprünge 24 in tangentialer Richtung zu unterschiedlichen Seiten hinzeigen. Die Klemmelemente 22 sind somit einseitig als Vorsprünge 24 an den Stiften 20 ausgebildet und die Stifte 20 können zum Fixieren der Drahtenden 16 zuerst in radialer Richtung R und anschließend in tangentialer Richtung T (bzw. in peripherer Richtung) verschoben (die beiden Bewegungsrichtungen sind unter Konfiguration B im oberen Stift 20 durch Pfeile angedeutet) werden.
Die paarweise angeordneten Stifte 20 können sich innerhalb einer Ebene befinden. Diese können jedoch auch übereinander in unterschiedlichen Ebenen (vorzugsweise mit geringem Abstand) angeordnet sein. Eine Anordnung in unterschiedlichen Ebenen hat den Vorteil, dass durch die geringere Breite des Stiftpaares das radiale Einführen der Stifte 20 zwischen die einzelnen Drahtenden 16 in benachbarten Nuten 12 erleichtert wird und eine Anwendung der erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung auch bei geringem Abstand zwischen den einzelnen Nuten 12 erlaubt.
3 zeigt schematische Darstellungen unterschiedlicher beispielhafter Ausführungsformen erfindungsgemäßer Stifte 20. Unter a) ist noch einmal eine vergrößerte Darstellung eines Stiftes 20 mit als Klemmelemente 22 dienenden Vorsprüngen 24 entsprechend der zweiten Ausführungsform nach 2 gezeigt. Bei dem unter b) gezeigten Stift 20 wurde demgegenüber die Form der Vorsprünge variiert. Die verwendete Form kann dabei insbesondere von der Form der Drahtenden, deren gegenseitigen Abständen und den für eine ausreichende Genauigkeit der Fixierung erforderlichen Kräften abhängen und kann entsprechend variiert werden. Unter c) ist die Kombination zweier Stifte 20 entsprechend der zweiten Ausführungsform nach 2 vergrößert dargestellt. Alternativ hierzu kann eine entsprechende Stiftkombination aber über einen zweiteilig ausgeführten Einzelstift 20, beispielsweise in Form zweier Gabelarme ausgeführt werden. Die unter d) gezeigte Abbildung zeigt eine vergrößerte Darstellung der ersten Ausführungsform nach 1 mit einem einzelnen Stift 20 mit integrierten Klemmelementen 22. Schließlich stellen in der unter e) gezeigten Ausführungsform die Klemmelemente 22 von den Stiften 20 unabhängige Elemente der Klemmvorrichtung dar. Diese können beispielsweise ober- oder unterhalb des Stiftes 20 in einer zweiten Ebene angeordnet sein und in der zweiten Konfiguration B lateral zur Erstreckungsrichtung L der Stifte durch Verschieben in tangentialer Richtung T zwischen die einzelnen Lagen der Drahtenden 16 eingreifen und diese in radialer Richtung R fixieren.
Die gezeigten Ausbildungen für den Körper der Stifte 20 und die Klemmelemente 22 sind rein beispielhaft zu verstehen. Neben den gezeigten Ausführungsformen sind eine Vielzahl weiterer Ausbildungen möglich. Bevorzugt kann der Grundkörper der Stifte 20 beispielsweise eine konische Form aufweisen. Die konische Form kann insbesondere an den zur Mitte des Stators 10 hin abnehmenden Abstand zwischen den einzelnen Drahtenden 16 in benachbarten Nuten 12 angepasst sein und somit ein einfacheres Eingreifen zwischen die Drahtenden 16 ermöglichen. Die Klemmelemente 22 können jeweils eine Spitze an deren äußeren Ende aufweisen, welche auf einem geraden Sockelelement angeordnet ist. Die Spitze erleichtert ebenfalls das Eingreifen zwischen die einzelnen Drahtenden 16, während das Sockelelement durch seine größere Kontaktfläche eine stabilere Fixierung der Drahtenden 16 in radialer Richtung R ermöglicht.
Bezugszeichenliste

10: Stator
12: Nut
14: Drähte
16: Drahtenden
20: Stifte
22: Klemmelemente
24: Vorsprünge
26: Halterung
E: Enden der Stifte 20
Z: Erstreckungsrichtung des Stators 10
L: Erstreckungsrichtung der Stifte 20
R: radiale Richtung
T: tangentiale Richtung
M: Kreismitte
O1: erste kreisförmige Öffnung
O2: zweite kreisförmige Öffnung
A: erste Konfiguration
B: zweite Konfiguration

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

FR 0212441 [0005, 0019]

Claims

Klemmvorrichtung zur Verwendung mit einer Drahtendenumformeinrichtung zum Umformen von aus einem Stator (10) einer elektrischen Maschine aus einer Vielzahl von Nuten (12) vorstehenden Drahtenden (16), wobei die Nuten (12) an einer zylinderförmig ausgebildeten Innenseite des Stators (10) entlang seiner Erstreckungsrichtung (Z) beabstandet voneinander angeordnet sind, wobei sich die vorstehenden Drahtenden (16) mehrlagig zwischen einem ersten Radius r₁ und einem kleineren zweiten Radius r₂ erstrecken, umfassend: eine Vielzahl von kreisförmig angeordneten Stiften (20), wobei die Erstreckungsrichtung (L) der Stifte jeweils zur Kreismitte (M) ausgerichtet ist und die zur Kreismitte (M) weisenden Enden (E) der Stifte (20) in einer ersten Konfiguration (A) eine erste kreisförmige Öffnung (O1) mit einem Radius größer als der erste Radius r₁ umschließen, wobei die Stifte (20) entlang der jeweiligen Erstreckungsrichtung (L) linear verschiebbar sind und die zur Kreismitte (M) weisenden Enden (E) der Stifte (20) in einer zweiten Konfiguration (B) eine zweite kreisförmige Öffnung (O2) mit einem Radius kleiner als der erste Radius r₁ umschließen können, wobei die Stifte (20) derart angeordnet sind, dass diese in der zweiten Konfiguration (B) in radialer Richtung (R) zwischen die mehrlagigen Drahtenden (14) eingreifen und diese in tangentialer Richtung (T) fixieren können, wobei in der zweiten Konfiguration (B) lateral zur Erstreckungsrichtung (L) der Stifte verschiebbare Klemmelemente (22) in tangentialer Richtung (T) zwischen die einzelnen Lagen der Drahtenden (16) eingreifen und diese in radialer Richtung (R) fixieren können.
Klemmvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Verschieben der Stifte (20) gekoppelt über einen gemeinsamen Antrieb erfolgt.
Klemmvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verschieben der Klemmelemente (22) gekoppelt über einen gemeinsamen Antrieb erfolgt.
Klemmvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Verschieben der Stifte (20) und das Verschieben der Klemmelemente (22) gekoppelt über einen gemeinsamen Antrieb erfolgt.
Klemmvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Klemmelemente (20) nur einseitig zwischen die einzelnen Lagen der Drahtenden (16) einer Nut (12) oder zweiseitig zwischen die einzelnen Lagen der Drahtenden (16) einander benachbarter Nuten (12) eingreifen.
Klemmvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Klemmelemente (22) ein Element der Stifte (20) sind.
Klemmvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Klemmelemente (22) einseitig als Vorsprünge (24) an den Stiften (20) ausgebildet sind und die Stifte (20) zum Fixieren der Drahtenden (16) zuerst in radialer Richtung (R) und anschließend in tangentialer Richtung (T) verschoben werden, wobei die Stifte (20) mit den Klemmelementen (22) bevorzugt in zwei übereinander liegenden Ebenen zueinander angeordnet werden.
Klemmvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Klemmelemente (22) von den Stiften (20) unabhängige Elemente der Klemmvorrichtung sind.
Verfahren zum Klemmen von aus einem Stator (10) einer elektrischen Maschine aus einer Vielzahl von Nuten (12) vorstehenden Drahtenden (16) mit einer Klemmvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Nuten (12) an einer zylinderförmig ausgebildeten Innenseite des Stators (10) entlang seiner Erstreckungsrichtung (Z) beabstandet voneinander angeordnet sind, wobei die Drahtenden (16) sich in den Nuten (12) mehrlagig zwischen einem ersten Radius r₁ und einem kleineren zweiten Radius r₂ erstrecken, umfassend: - Anordnen der Klemmvorrichtung mit den Stiften (20) in der ersten Konfiguration (A) um die aus dem Stator (10) vorstehenden Drahtenden (16); - Fixieren der Drahtenden (16) in tangentialer Richtung (T) durch Verschieben der Stifte (20) in die zweite Konfiguration (B), wobei die Stifte in radialer Richtung (R) zwischen die mehrlagigen Drahtenden eingreifen; und - Fixieren der Drahtenden (16) in radialer Richtung (R) durch Verschieben der Klemmelemente (22), wobei die Klemmelemente (22) in tangentialer Richtung (T) zwischen die einzelnen Lagen der Drahtenden (16) eingreifen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Fixieren der Drahtenden (16) in tangentialer Richtung (T) und in radialer Richtung (R) zeitgleich oder zeitlich versetzt erfolgt.