DE102018108615A1

DE102018108615A1 - Fingerelement, Positioniereinheit, Positioniervorrichtung und Positionierverfahren zum Positionieren wenigstens eines Leiterendes

Info

Publication number: DE102018108615A1
Application number: DE102018108615.6A
Authority: DE
Inventors: Markus Kaufmann
Original assignee: Grob Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Grob Werke GmbH and Co KG
Priority date: 2018-04-11
Filing date: 2018-04-11
Publication date: 2019-10-17

Abstract

Um einen maschinellen Prozess zur Herstellung eines Bauteils einer elektrischen Maschine zuverlässiger zu gestalten, schafft die Erfindung ein längliches Fingerelement (26) zum Positionieren eines Leiterendes (12) oder einer Gruppe von Leiterenden (12) einer Leiterendenanordnung (20) von aus einem Bauelement (14) zum Bilden eines Bauteils einer elektrischen Maschine vorstehenden Leiterenden (12), miteinem Antriebselement (32) zum Antreiben einer Längsbewegung des Fingerelements (26) in eine Vorwärtsrichtung und eine Rückwärtsrichtung,einem in Vorwärtsrichtung vorne angeordneten Erfassungsende (34), das durch die Vorwärtsbewegung des Fingerelements (26) zwischen Leiterenden (12) einfahrbar ist und an einem Umfangsbereich einen radial zu einer Längsachse des Fingerelements (26) vorspringenden Erfassungsbereich (36) aufweist, undeinem Getriebeelement eines Umsetzgetriebes (30) zum Umsetzen eines mittleren Bereichs oder Endbereichs einer Längsbewegung des Fingerelements (26) in Vorwärtsrichtung in eine Drehbewegung des Erfassungsendes (34).

Description

Die Erfindung betrifft ein längliches Fingerelement zum Positionieren eines Leiterendes oder einer Gruppe von Leiterenden einer Leiterendenanordnung von aus einem Bauelement zum Bilden eines Bauteils einer elektrischen Maschine vorstehenden Leiterenden. Weiter betrifft die Erfindung eine mit einem solchen Fingerelement versehene Positioniereinheit zum Positionieren eines Leiterendes oder einer Gruppe von Leiterenden einer Leiterendenanordnung von aus einem Bauelement zum Bilden eines Bauteils einer elektrischen Maschine vorstehenden Leiterenden. Weiter betrifft die Erfindung eine eine oder mehrere solcher Positioniereinheiten umfassende Positioniervorrichtung zum Positionieren eines Leiterendes oder einer Gruppe von Leiterenden einer ringförmigen Leiterendenanordnung von aus einem Bauelement zum Bilden eines Bauteils einer elektrischen Maschine vorstehenden Leiterenden. Weiter betrifft die Erfindung eine Verwendung eines solchen Fingerelements, einer solchen Positioniereinheit oder einer solchen Positioniervorrichtung zum Einfädeln von Leiterenden in Aufnahmeöffnungen einer Positionier- und Spannvorrichtung. Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Positionieren eines Leiterendes oder einer Gruppe von Leiterenden einer Leiterendenanordnung von aus einem Bauelement zum Bilden eines Bauteils einer elektrischen Maschine vorstehenden Leiterenden.
Unter elektrischen Maschinen werden insbesondere Maschinen zum Umwandeln elektrischer Energie in Bewegungsenergie und Maschinen zum Umwandeln von Bewegungsenergie in elektrische Energie verstanden. Insbesondere sind darunter Elektromotoren und Generatoren zu verstehen.
Bei der Herstellung von Bauteilen derartiger elektrischer Maschinen, wie beispielsweise Statoren oder Rotoren, ist es oft erforderlich, Enden von aus Drähten gebildeten Leitern miteinander zu verbinden oder sonstwie gemeinsam zu verarbeiten, wie z.B. gemeinsam zu schneiden oder zu formen.
Zum Beispiel gibt es Elektromotoren, bei denen Spulenwicklungen, insbesondere des Stators, aus unterschiedlichen Drahtstücken gebildet werden, deren Enden dann miteinander verbunden werden. Es sind bereits Vorrichtungen und Verfahren zum Verbinden von Drahtenden von Hairpins zum Bilden von Statorwicklungen von elektrischen Maschinen vorgeschlagen worden, bei denen die Drahtenden miteinander verschweißt werden. Hierbei sind Vorrichtungen und Verfahren zum Positionieren und Verspannen der Drahtenden vor dem Verschweißen vorgesehen.
Beispielsweise werden in den deutschen Patentanmeldungen

[4] DE 10 2018 103 100.9 ,

Nun kann es in der Praxis vorkommen, dass die Lage eines oder mehrerer der Drahtenden nach dem in den Patentanmeldungen [1], [2] und [3] beschriebenen Umformen von einem vorbestimmten Toleranzbereich abweicht, so dass ein Aufsetzen der in der [4] beschriebenen Positionier- und Spannvorrichtung erschwert ist. Ein Ausrichten der Leiterenden ist in einer solchen Situation aufgrund der verengten Platzverhältnisse erschwert.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, Vorrichtungen, Verwendungen und Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit denen eine Positionierung von Leiterenden unter erschwerten Platzbedingungen einfach möglich ist.
Zum Lösen dieser Aufgabe schafft die Erfindung ein Fingerelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Verwendungsmöglichkeiten eines solchen Fingerelements sowie ein entsprechendes Positionierverfahren sind in den Nebenansprüchen angegeben.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung schafft gemäß einem Aspekt davon ein längliches Fingerelement zum Positionieren eines Leiterendes oder einer Gruppe von Leiterenden einer Leiterendenanordnung von aus einem Bauelement zum Bilden eines Bauteils einer elektrischen Maschine vorstehenden Leiterenden, mit:

einem Antriebselement zum Antreiben einer Längsbewegung des Fingerelements in eine Vorwärtsrichtung und eine Rückwärtsrichtung,
einem in Vorwärtsrichtung vorne angeordneten Erfassungsende, das durch die Vorwärtsbewegung des Fingerelements zwischen Leiterenden einfahrbar ist und an einem Umfangsbereich einen radial zu einer Längsachse des Fingerelements vorspringenden Erfassungsbereich aufweist, und
einem Getriebeelement eines Umsetzgetriebes zum Umsetzen eines mittleren Bereichs oder Endbereichs einer Längsbewegung des Fingerelements in Vorwärtsrichtung in eine Drehbewegung des Erfassungsendes.

Es ist bevorzugt, dass der Erfassungsbereich einen oder mehrere in Reihe angeordnete radiale Vorsprünge zum Bilden einer Kammstruktur aufweist.
Es ist bevorzugt, dass das Getriebeelement ein Steuerkurvenelement mit einer Steuerkurve oder ein Steuerkurvenfolgeelement zum Angreifen an einer Steuerkurve ist.
Es ist bevorzugt, dass das Getriebeelement ein Element einer Kulissenführung ist.
Es ist bevorzugt, dass das Fingerelement ein erstes Teilelement mit dem Antriebselement und ein zweites Teilelement mit dem Erfassungsende aufweist, wobei die Teilelemente in Längsrichtung des Fingerelements relativ zueinander beweglich sind.
Dabei ist bevorzugt, dass an einem der Teilelemente das Getriebelement zum Zusammenwirken mit einem stationären weiteren Getriebeelement des Umsetzgetriebes ausgebildet ist.
Bei einer Alternative ist vorgesehen, dass an den Teilelementen das Umsetzgetriebe zum Umsetzen einer Relativbewegung zwischen den Teilelementen in eine Drehbewegung des Erfassungsendes ausgebildet ist.
Es ist bevorzugt, dass die Teilelemente teleskopartig zueinander bewegbar sind.
Es ist bevorzugt, dass eines der Teilelemente einen Hülsenbereich und das andere Teilelement einen Stiftbereich aufweist, der in dem Hülsenbereich verschiebbar aufgenommen ist.
Es ist bevorzugt, dass eines der Teilelemente eine Steuerkurve oder Steuerkulisse aufweist.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass eines der Teilelemente ein an einer Steuerkurve angreifendes Kurvenfolgeelement oder einen in einer Steuerkulisse geführten Kulissenstift aufweist.
Bei einer Alternative kann vorgesehen sein, dass eines der Teilelemente eine Steuerkurve oder Steuerkulisse aufweist und dass das andere der Teilelemente ein an der Steuerkurve angreifendes Kurvenfolgeelement oder einen in der Steuerkulisse geführten Kulissenstift aufweist.
Es ist bevorzugt, dass die Teilelemente relativ zueinander drehfest sind. So kann z.B. an einem ersten Teilelement das Getriebeelement des Umsetzgetriebes vorgesehen sein, so dass das erste Teilelement an dem mittleren Bereich oder dem Endbereich der Längsbewegung gedreht wird und dabei relativ zu dem - bereits zwischen Leiterenden oder dergleichen eingefahrenen - zweiten Teilelement verschiebbar ist und das zweite Teilelement durch die drehfeste Verbindung mitdreht.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Teilelemente relativ zueinander um die Längsachse drehbar sind. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn zwischen den Teilelementen das Umsetzgetriebe wirkt, so dass eine Relativverschiebung der Teilelemente bei nicht drehenden ersten Teilelement eine Verdrehung des zweiten Teilelements bewirkt.
Es ist bevorzugt, dass das erste Teilelement einen Lagerbereich zum längsbeweglichen Führen in einer Halteeinrichtung aufweist.
Es ist bevorzugt, dass das erste Teilelement als Antriebselement eine Gewindestange oder eine Zahnstange oder einen Zahnstangenbereich aufweist.
Es ist bevorzugt, dass das erste Teilelement und das zweite Teilelement durch eine Vorspanneinrichtung oder einen mechanischen Kraftspeicher in eine der Relativbewegungsrichtungen vorgespannt ist.
Es ist bevorzugt, dass das erste Teilelement und das zweite Teilelement durch eine Vorspanneinrichtung oder einen mechanischen Kraftspeicher in Richtung voneinander weg vorgespannt ist.
Es ist bevorzugt, dass das erste Teilelement oder ein Teilbereich des ersten Teilelements relativ drehbar an dem Antriebselement angelenkt ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung eine Positioniereinheit zum Positionieren eines Leiterendes oder einer Gruppe von Leiterenden einer Leiterendenanordnung von aus einem Bauelement zum Bilden eines Bauteils einer elektrischen Maschine vorstehenden Leiterenden, mit einem Fingerelement nach einer der voranstehenden Ausgestaltungen, einer Halteeinrichtung, in der das Fingerelement längsbeweglich gehalten ist, und einem mit dem Antriebselement zusammenwirkenden Abtriebselement, das zum Übertragen einer Antriebskraft auf das Antriebselement zum Antreiben der Längsbewegung ausgebildet ist.
Es ist bevorzugt, dass die Positioniereinheit ein Fingerelement mit einem ersten Teilelement und einem relativ zu dem ersten Teilelement verschiebbaren zweiten Teilelement ist und einen Anschlag, gegen welches eines der Teilelemente im Zuge der Längsbewegung verfahrbar ist, aufweist.
Es ist bevorzugt, dass ein als Zahnrad ausgebildetes Abtriebselement zum Zusammenwirken mit dem als Zahnstange oder Zahnstangenbereich ausgebildeten Antriebselement ausgebildet ist.
Es ist bevorzugt, dass an der Halteeinrichtung ein mit dem Getriebeelement an dem Fingerelement zusammenwirkendes stationäres Getriebeelement des Umsetzgetriebes vorgesehen ist.
Es ist bevorzugt, dass das Umsetzgetriebe zwischen der Halteeinrichtung und dem Fingerelement ausgebildet ist.
Es ist bevorzugt, dass das Fingerelement ein Steuerkurvenelement mit einer Steuerkurve aufweist und dass die Halteeinrichtung ein Steuerkurvenfolgeelement aufweist, welches an der Steuerkurve angreift.
Vorzugsweise weist die Steuerkurve oder die Kulissensteuerung einen linearen Bereich zum Ermöglichen eines Teils der Längsbewegung ohne Drehung und einen gekrümmten Bereich auf, bei dem über einen Teil der Längsbewegung neben der Längsbewegung auch eine Drehung zumindest eines Teilelements des Fingerelements bewirkt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung eine Positioniervorrichtung zum Positionieren eines Leiterendes oder einer Gruppe von Leiterenden einer ringförmigen Leiterendenanordnung von aus einem Bauelement zum Bilden eines Bauteils einer elektrischen Maschine vorstehenden Leiterenden, umfassend: eine um eine Zentralachse ringförmig oder ringsegmentförmig ausgebildete Halterung, an der eine Reihe von Positioniereinheiten nach einer der voranstehenden Ausgestaltungen derart ausgebildet sind, dass die Fingerelemente radial zu der Zentralachse mit dem Erfassungsende auf die Zentralachse zu gerichtet ausgebildet sind.
Es ist bevorzugt, dass die Halterung ein stationäres Teil und ein relativ dazu um die Zentralachse drehbares Antriebsteil und ein Getriebe zum Umsetzen einer Drehbewegung des Antriebsteils in eine Antriebsbewegung der Fingerelemente aufweist.
Es ist bevorzugt, dass das Getriebe eine Innenverzahnung an dem Antriebsteil aufweist, welches mit als Abtriebselemente der Positioniereinheiten wirkenden Zahnrädern kämmt.
Es ist bevorzugt, dass die Teile der Halterung scheibenförmig ausgebildet sind und die Positioniereinheiten dazwischen angeordnet sind.
Es ist bevorzugt, dass die Halterung relativ zu der Zentralachse verlaufende Führungsausnehmungen, Führungsnuten oder Führungsbohrungen zum Führen der Fingerelemente oder von ersten Teilelementen und/oder von zweiten Teilelementen der Fingerelemente aufweist.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung eine Verwendung eines Fingerelements, einer Positioniereinheit oder einer Positioniervorrichtung nach einer der voranstehenden Ausgestaltungen zum Einfädeln von Leiterenden in Aufnahmeöffnungen einer Positionier- und Spannvorrichtung zum Positionieren und Verspannen der Leiterenden zwecks Weiterverarbeitung und/oder Schneiden und/oder Schweißen und/oder Verbinden. Vorzugsweise ist dabei eine Positionier- und Spannvorrichtung vorgesehen, wie sie in der früheren Patentanmeldung [4], auf die für weitere Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird, gezeigt und beschrieben ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung ein Verfahren zum Positionieren eines Leiterendes oder einer Gruppe von Leiterenden einer Leiterendenanordnung von aus einem Bauelement zum Bilden eines Bauteils einer elektrischen Maschine vorstehenden Leiterenden, umfassend: Längsbewegen eines Fingerelements zum Einfahren eines Erfassungsendes des Fingerelements, das an einem Umfangsbereich wenigstens einen radial zu dem Erfassungsende vorspringenden Erfassungsbereich hat, mit zu der Erstreckung der Leiterenden ausgerichtetem Erfassungsbereich zwischen zwei Leiterenden, und
Umsetzen eines mittleren Bereichs oder eines Endbereichs der Längsbewegung des Fingerelements in eine Drehbewegung zum Drehen des zwischen die Leiterenden eingefahrenen Erfassungsendes, um so mit dem dann quer zu der Erstreckung der Leiterenden ausgerichteten Erfassungsbereich wenigstens eines der Leiterenden zu erfassen und zu positionieren.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren: Verwenden des Fingerelements nach einer der voranstehenden Ausgestaltungen und/oder der Positioniereinheit nach einer der voranstehenden Ausgestaltungen oder der Positioniervorrichtung nach einer der voranstehenden Ausgestaltungen.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung betreffen eine mechanische Positioniereinheit zum Ausrichten von Drahtenden.
Insbesondere soll die Positioniereinheit an einer oder vor einer Station einer Herstellanlage zum Herstellen von Maschinenelementen oder Bauteilen von elektrischen Maschinen in Großserientechnik eingesetzt werden. Besonders bevorzugt soll die Positioniereinheit zum Unterstützen eines Einfädelns von Drahtenden in Halterungen oder Lehren zum Halten einer größeren Anzahl von Drahtenden zur Weiterverarbeitung wie insbesondere Schneiden und/oder Verbinden, insbesondere Schweißen, verwendbar sein. Beispiele einer solchen Halterung oder einer solchen Lehre sind in der Patentanmeldung [4] beschrieben, auf die für weitere Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird.
Insbesondere ergab sich bei Versuchen das Problem, dass Drahtenden von Hairpins im Rahmen der Herstellung eines Stators eines Elektromotors zur Verwendung als Fahrmotor von Fahrzeugen nach dem sogenannten Verschränken, wie es z.B. in [1] bis [3] beschrieben und erläutert wird, aufgrund des federnden Verhaltens des Drahtes die Position nicht gehalten haben. Bei einigen Versuchen war aufgrund des federnden Verhaltens die Positionsänderung der Drahtenden so drastisch, dass ein Einfädeln in eine in [4] gezeigte Schweißlehre scheiterte.
Ein Vorteil bevorzugter Ausgestaltungen liegt darin, dass damit eine Positionier- und Spannvorrichtung wie in [4] beschrieben einfacher und zuverlässiger in einen Serienprozess zur Herstellung von Bauteilen von elektrischen Maschinen integrierbar ist.
Ein Vorteil der Erfindung und deren vorteilhaften Ausgestaltungen liegt in einem sehr geringen Platzbedarf in axialer Richtung relativ zu einer Mittelachse des Bauteils und/oder in Höhenrichtung gesehen. So können die hier beschriebenen Elemente, Einheiten, Einrichtungen und Vorrichtungen zwischen einem Gehäuse, aus dem eine Gruppe von zu positionierenden Leiterenden vorstehen und einer Halterung oder Lehre eingesetzt werden.
Zum Beispiel stand bei einem Beispiel einer Herstellstation für eine Vorpositionieraufgabe, für die Ausgestaltungen der Erfindung einsetzbar sind, nur eine Bauraumhöhe von 35 mm zur Verfügung.
Bei bevorzugten Ausgestaltungen der Positioniervorrichtung funktioniert der Antrieb über nur einen einzelnen Aktor. Selbstverständlich sind aber auch andere Ausgestaltungen möglich, bei der mehrere Aktoren eingesetzt sind.
Besonders bevorzugt wird eine Mechanik geschaffen, mit der durch Ausführung einer linearen Bewegung eine Linearbewegung und anschließend eine Drehbewegung entstehen.
Eine geringe Bauraumhöhe wird vorzugsweise wird mit einer kulissenartigen Mechanik erreicht, die zunächst eine lineare Bewegung und anschließend eine rotierende Bewegung ausführt.
Vorzugsweise wird der Antrieb der Linearbewegung über eine Zahnrad-Zahnstangen-Mechanik ausgebildet.
Vorzugsweise ist an einem Erfassungsende eine kammähnliche Form ausgebildet. Die Geometrie des Erfassungsendes ist insbesondere durch die Anordnung der handzuhabenden Drahtenden, insbesondere die Anzahl von Drahtenden pro Nut in dem Gehäuse des Maschinenelements, vorgegeben.
Vorzugsweise sind die hier beschriebenen Elemente, Einheiten und Vorrichtungen auch für Bauelemente von elektrischen Maschinen mit mehrere Drahtreihen verwendbar.
Ein Vorteil bevorzugter Ausgestaltungen der Erfindung ist es, dass im Rahmen der Herstellung von Bauteilen von elektrischen Maschinen mit einer Anordnung von vielen vorstehenden Drahtenden, welche zuvor durch Biegen umgeformt worden sind, das Konzept einer Schneid- oder Schweißlehre, wie insbesondere die der in [4] beschriebenen Art, prozesssicher eingesetzt werden kann.
So kann insbesondere eine der in [4] beschriebenen Vorrichtungen verwendet werden, um für spätere Prozesse als Spannvorrichtung zu dienen.
Ohne die hier vorgestellten Elemente, Einheiten oder Vorrichtungen wäre es schwieriger, derartige in [4] beschriebene Positionier- und Spannvorrichtungen als Schweißschablonen oder dergleichen in einem vollautomatischen Prozess einzusetzen, wenn sichergestellt werden soll, dass sich jeder Draht an der richtigen Position befindet.
Vorzugsweise weist die Positioniervorrichtung eine vorzugsweise ringförmige Anordnung von Fingerelementen auf, die mit einem sich drehenden „Kamm“ und einer Kulissenmechanik sowie einer Zahnstange versehen sind. Die Zahnstange kämmt mit einem außenverzahnten Zahnrad. Jedes der außenverzahnten Zahnräder kämmt mit einem innenverzahnten Außenzahnrad, welches an einem Antriebsring ausgebildet ist, der mit wenigstens einer Antriebsanbindung, wie z.B. einem Ausleger versehen ist. Eine Drehbewegung des innenverzahnten Außenzahnrads bewirkt eine Drehung der außenverzahnten Zahnräder. Dadurch erfolgt eine lineare Bewegung aller Zahnstangen nach innen.
Vorzugsweise ist der Kamm an einem Teilelement des Fingerelements ausgebildet, welches durch die Linearbewegung gegen einen Anschlag der Positioniereinheit verfahrbar ist. Ein weiteres Teilelement ist mit der Zahnstange als Antriebselement versehen. Die Teilelemente sind in Längsbewegungsrichtung verschiebbar zueinander. Vorzugsweise ist an einem der Teilelemente wenigstens ein Mitnehmer für die Drehbewegung gebildet, der bei Drehbewegung das andere Teilelement mitnimmt. Vorzugsweise ist an einem der Teilelemente ein Teil des Umsetzgetriebes ausgebildet. Das Umsetzgetriebe ist vorzugsweise als Kulissenmechanik mit einer Kulisse (Beispiel für eine Steuerkurve) und einem in die Kulisse eingreifenden Element (z.B. Kulissenstift, Beispiel für ein Steuerkurvenfolgeelement) ausgebildet. De Kulisse ist vorzugsweise in einem Hülsenbereich eines der Teilelemente ausgebildet. Der Hülsenbereich weist somit eine als Kulisse ausgebildete Steuerkurve auf und ist ein Beispiel für ein Steuerkurvenelement.
Vorzugsweise ist in dem Hülsenbereich eine Druckfeder als Vorspannelement untergebracht.
Die Kulisse oder sonstige Steuerkurve weist vorzugsweise einen sich in Längsrichtung erstreckenden linearen Bereich und einen gekrümmten Bereich auf. Der gekrümmte Bereich erstreckt sich vorzugsweise in Umfangsrichtung und in Längsrichtung des Fingerelements.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung wird durch die Drehbewegung des innenverzahnten Zahnrades die erste lineare Bewegung ausgeführt. Das Teilelement oder Bauteil des Fingerelements, in das der Erfassungsbereich (z.B. der Kamm) integriert ist, fährt dann auf den festen Anschlag. Vorzugsweise dient die Kulisse hier als Zwangsführung des Bauteils, so dass verhindert wird, dass sich der Erfassungsbereich verdrehen kann, bevor die erste lineare Bewegung vollständig beendet ist. Vorzugsweise wird der Erfassungsbereich in dieser Stellung über eine Feder (z.B. die oben genannte Druckfeder) mit definierter Federkraft nach vorne (insbesondere radial nach innen) gedrückt. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung steht der wenigstens eine an dem einen Teilelement ausgebildete Mitnehmer - z.B. Mitnehmerstift - in dieser Position am Ende eines an dem anderen Teilelement ausgebildeten Langlochs (linearer Bereich der Ku l isse/Steuerkurve).
Bei der bevorzugten Ausgestaltung wird danach eine weitere Drehung des innenverzahnten Zahnrades durchgeführt. Dies führt zu einer weiteren linearen Bewegung aller Zahnstangen nach innen. Bei dieser zweiten linearen Bewegung erfolgt eine zusätzliche Verdrehung der Mechanik über die Kulisse, so dass der Erfassungsbereich (z.B. Kamm) einschwenkt auf einen vordefinierten Schwenkwinkel (z.B. einem Winkel im Bereich von 45° bis 135°, vorzugsweise 90°).
Vorzugsweise durch die Drehbewegung des innenverzahnten Zahnrades wird die zweite lineare Bewegung durchgeführt. Das Teilelement oder Bauteil des Fingerelements, in den der Erfassungsbereich, z.B. Kamm, integriert ist, bleibt auf dem festen Anschlag stehen und dreht sich dabei. Die Kulisse dient weiterhin als Zwangsführung des Teilelements, so dass nun eine kombinierte Linear- und Drehbewegung stattfindet. Vorzugsweise wird der Erfassungsbereich in dieser Stellung über eine Feder (z.B. die Druckfeder) mit definierter Federkraft weiterhin nach vorne (z.B. bezüglich der Positioniervorrichtung radial nach innen) gedrückt. Über den wenigstens einen Mitnehmer wird der Erfassungsbereich dann vorzugsweise um den vordefinierten Schwenkwinkel (z.B. 90 °) eingeschwenkt. In Endstellung steht bei der bevorzugten Ausgestaltung der Mitnehmerstift am vorderen Ende des Langloches. Auch wenn hier von erster und zweiter linearer Bewegung gesprochen wird, sollte klar sein, dass der Bewegungsablauf insgesamt fließend über eine einzelne Drehbewegung des Antriebselements, d.h. z. B. des Antriebsrings mit dem innenverzahnten Zahnrad erfolgen kann.
Eine bevorzugte Anwendung der Erfindung ist eine Vorpositionierung von Enden von Hairpins bei der Herstellung von Statoren von elektrischen Maschinen.
Bei einer Anwendung befinden sich die Hairpins noch im Eingriff mit der Verschränkungskrone, wie sie in [1] bis [3] beschrieben und erläutert wird, und werden dann durch die hier beschriebene Positioniervorrichtung zur Vorpositionierung ergriffen.
Hierzu hat die Positioniervorrichtung vorzugsweise radial bewegliche stiftförmige Fingerelemente.
Eine Besonderheit ist der Antrieb der stiftförmigen Fingerelemente.
Der Antrieb in Radialrichtung erfolgt vorzugsweise über eine Verdrehung einer äußeren Ringplatte mit Innenzahnkranz. Damit wird pro Fingerelement ein Zahnrad angetrieben. Dieses Zahnrad greift in einer Zahnstange ein. Dies ergibt dann die radiale Bewegung des einzelnen Fingerelements.
Es sind hier vorzugsweise eine Vielzahl von Fingerelementen, beispielsweise mehr als 20, mehr insbesondere mehr als 40, vorhanden.
Vorzugsweise wird ein möglichst geringer axialer Bauraum eingenommen.
Eine Besonderheit ist weiter ein Antrieb einer Verdrehung. Die Spitzen der Fingerelemente sind mit seitlichen Zähnen versehen, die eine kammartige Struktur bilden, die die einzelnen Drahtenden erfassen sollen.
Hierzu werden die vorstehenden Zähne am Ende der Bewegung entsprechend verdreht.
Vorzugsweise ist jedes Fingerelement so aufgeteilt, dass es einen axial verschiebbaren Außenteil hat und darauf eine Hülse oder ein zylindrisches Bauteil verdrehbar gelagert ist. Die Verdrehung erfolgt um die radiale Ausrichtung. Ein Antrieb der Verdrehung erfolgt vorzugsweise über eine Kulisse. Hierzu ist an einer Grundplatte vorzugsweise jeweils ein Kulissenstift vorgesehen. Dieser Kulissenstift greift in eine Kulisse ein, die an dem Außenmantel des zylindrischen Aufbaus eingreift. Diese Kulisse hat einen sich radial erstreckenden Anteil, einen sich schräg erstreckenden Anteil und wiederum einen sich radial erstreckenden Anteil.
Weiter gibt es eine Feder, die die Spitze des Fingerelements gegen einen Anschlag radial nach innen drängt.
Bei der Bewegung gibt es vorzugsweise einen größeren linearen Anteil. Dieser dient dazu, die mit einem Erfassungsbereich, vorzugsweise mit axial ausgerichteten Zähnen, versehene Spitze zwischen Drahtenden zu fahren. Am Ende der Bewegung erfolgt dann die Verdrehung, so dass die Zähne des Erfassungsbereichs links und rechts des Drahtendes angreifen. Das Drahtende wird dann auf der einen Seite durch die Spitze gehalten, in radialer Richtung durch den jeweiligen Zahn und auf der anderen Seite durch das benachbarte Fingerelement und die dort befindliche benachbarte Spitze.
So kann dann der Stator aus der Verschränkungskrone herausgefahren werden, dennoch sind die Drahtenden durch diese Vorrichtung weiterhin in ihrer Lage fixiert.
Ein Ausführungsbeispiel wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:

1 eine perspektivische Draufsicht auf eine Positioniervorrichtung zum Positionieren einer Gruppe von Leiterenden oder aller Leiterenden einer ringförmigen Leiterendenanordnung umfassend eine Halterung, an der eine Reihe von Positioniereinrichtungen vorgesehen sind, wobei die Positioniereinheiten jeweils mit einem länglichen Fingerelement versehen sind und sich in einer Grundstellung befinden; dabei sind zur Übersichtlichkeit nur drei der Fingerelemente dargestellt;
2 eine vergrößerte Ansicht aus 1;
3 die Ansicht aus 2 ohne eine zentrale Anschlagsanordnung;
4 eine vergrößerte, teils geschnittene Darstellung eines Details der Positioniervorrichtung in einer Zwischenstellung nach Ende einer ersten linearen Bewegung;
5 eine Darstellung vergleichbar mit der in 4 in einer Endstellung nach Durchführung einer ersten und einer zweiten linearen Bewegung;
6 eine Darstellung vergleichbar mit 1 der Positioniervorrichtung während des Gebrauchs an einem Bauelement zum Bilden eines Bauteils einer elektrischen Maschine mit der ringförmigen Leiterendenanordnung und den zu erfassenden Leiterenden, wobei zur Übersichtlichkeit nur drei der Fingerelemente dargestellt sind und wobei sich die Fingerelemente in der Zwischenstellung gemäß 4 befinden;
7 eine Vergrößerung eines Details aus 6;
8 die Situation aus 7 aus einer anderen Perspektive rechts von oben in 7 gesehen;
9 die Darstellung gemäß 6, wobei sich die Fingerelemente in der Endposition gemäß 5 befinden;
10 ein vergrößertes Detail der drei dargestellten Fingerelemente aus 9 in der Endstellung;
11 das Detail aus 10 in einer anderen Perspektive von oben rechts in 10 gesehen; und
12 eine schematisierte Draufsicht auf ein Fingerelement gemäß einer weiteren Ausführungsform.

In den 1 bis 11 ist eine erste Ausführungsform einer Positioniervorrichtung 10 in unterschiedlichen Stellungen dargestellt. Die Positioniervorrichtung 10 dient zum Positionieren von Leiterenden 12 die aus einem Bauelement 14 zum Bilden eines Bauteils einer elektrischen Maschine vorstehen.
Beispielsweise ist das Bauelement 14 eine Vorstufe zum Bilden eines Stators eines Elektromotors, der als Fahrmotor für ein Elektrofahrzeug ausgebildet ist und beispielsweise eine Nennleistung im Bereich von 20 kW bis 400 kW aufweist.
Das Bauelement 14 weist zum Beispiel ein ringförmiges Gehäuse 16 mit Nuten 18 auf, die an der Innenseite des Gehäuses 16 ausgebildet sind und in denen Drahtsegmente von haarnadelförmigen Leitern (sogenannte Hairpins) aufgenommen sind, so dass die Enden davon als Leiterenden 12 aus den Nuten 18 vorstehen.
Die Herstellung des Bauelements 14 erfolgt so, wie dies in den früheren Patentanmeldungen [1] bis [3] beschrieben und gezeigt ist, auf welche für weitere Einzelheiten ausdrücklich Bezug genommen wird.
Demnach stehen pro Nut 18 mehrere, hier zum Beispiel vier, Leiterenden 12 hervor. Diese Leiterenden 12 sind, wie dies in [1] bis [3] beschrieben und gezeigt ist, in Radialrichtung und in Umfangsrichtung umgebogen worden und sollen nun je paarweise miteinander verbunden, beispielsweise verschweißt werden, um so Wicklungen von Phasen des Stators des Elektromotors zu bilden.
Hierzu soll eine Positionier- und Spannvorrichtung wie sie in der früheren Patentanmeldung [4] beschrieben und gezeigt ist, auf die für weitere Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird, aufgesetzt werden.
Die Positioniervorrichtung 10 dient zum Vorpositionieren der Leiterenden 12 der ringförmigen Leiterendenanordnung 20 der aus den Nuten 18 vorstehenden Leiterenden 12.
Die Positioniervorrichtung 10 soll so zwischen dem Gehäuse 16 und der beispielsweise als Schweißlehre einzusetzenden Positionier- und Spannvorrichtung der in [4] beschriebenen Art verwendet werden und dabei mit möglichst geringer Bauraumhöhe zurechtkommen.
Die Positioniervorrichtung weist eine Halterung 22 auf. Die Halterung 22 ist um eine Zentralachse herum ringförmig ausgebildet. Beispielsweise weist die Halterung 22 eine Grundplatte 96 auf.
Ringförmig um die Zentralachse verteilt sind an der Halterung 22 eine Reihe von Positioniereinheiten 24 vorgesehen, die jeweils ein längliches Fingerelement 26 und eine Halteeinrichtung 28 für das Fingerelement 26 aufweisen. Die Halteeinrichtung 28 ist beispielsweise durch einen der jeweiligen Positioniereinheit 24 zuordenbaren Bereich der Halterung 22 ausgebildet. Zum Beispiel weist die Halteeinrichtung 28 mehrere voneinander beabstandete Führungseinheiten 82, 84 zum beweglichen Führen des zugeordneten Fingerelements 26 auf. Die Halteeinrichtung 28 ist zum Beispiel durch eine Kombination eines segmentartigen Bereichs der Grundplatte 96 mit einer daran ausgebildeten oder befestigten ersten Führungseinheit 82 und einer daran ausgebildeten oder befestigten zweiten Führungseinheit 84 gebildet.
Die Anzahl der Positioniereinheiten 24 und damit der Fingerelemente 26 richtet sich beispielsweise nach der Anzahl der Nuten 18 in dem Gehäuse. Bei einem Ausführungsbeispiel sind 54 Positioniereinheiten und somit 54 Fingerelemente vorgesehen.
In den Figuren sind zur besseren Übersichtlichkeit halber nur drei der Fingerelemente 26 dargestellt.
Jede Positioniereinheit 24 weist weiter ein Umsetzgetriebe 30 zum Umsetzen zumindest eines Teilbereichs einer Längsbewegung des Fingerelements 26 in eine Drehbewegung auf.
Im Folgenden wird der beispielhafte Aufbau der Fingerelemente 26 näher beschrieben.
Das Fingerelement 26 weist ein Antriebselement 32 zum Antreiben einer radial zu der Zentralachse gerichteten Längsbewegung des Fingerelements 26 in eine Vorwärtsrichtung (radial nach innen) und in eine Rückwärtsrichtung (radial nach außen) und ein in Vorwärtsrichtung vorne angeordnetes Erfassungsende 34 auf, das durch die Vorwärtsbewegung des Fingerelements 26 zwischen Leiterenden einführbar ist. An einem Umfangsbereich des Erfassungsende 34 ist ein radial zu der Längsachse des Fingerelements 26 vorspringender Erfassungsbereich 36, vorgesehen.
Wie am besten aus den 3 und 12 ersichtlich, ist das Erfassungsende 34 als Spitze ausgebildet und/oder kegelmantelförmig geformt. Der Erfassungsbereich 36 weist eine Anordnung von mehreren Vorsprüngen oder Zähnen mit Zwischenräumen dazwischen auf, die zur Aufnahme je eines Leiterendes 12 dienen. So ist der Erfassungsbereich 36 kammförmig ausgebildet. Die Anzahl der Zähne oder Vorsprünge der so gebildeten Kammstruktur 38 richtet sich nach der Anzahl der pro Fingerelement 26 zu positionierenden Leiterenden 12 und beispielsweise nach der Anzahl der Leiter pro Nut 18. Je nach Art der Positionierung können mehr oder weniger Vorsprünge vorgesehen sein; auch kann in einen Ausführungsbeispiel der Erfassungsbereich 36 nur durch einen einzelnen Vorsprung gebildet sein, der zum Beispiel ein Leiterende 12 seitlich erfasst.
Bei den dargestellten Ausführungsformen weist jedes Fingerelement 26 ein erstes Teilelement 40 und ein zweites Teilelement 42 auf.
Die Teilelemente 40, 42 sind in Längsrichtung des Fingerelements 26 teleskopartig zueinander verschiebbar.
Das erste Teilelement 40 ist mit dem Antriebselement 32 versehen. Das Antriebselement 32 ist beispielsweise als Zahnstange 44 ausgebildet oder weist eine Zahnstange 44 auf. Weiter weist das erste Teilelement 40 in den dargestellten Ausführungsformen einen Hülsenbereich 46 auf.
Bei dem in den 1 bis 11 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Hülsenbereich 46 und dem Antriebselement 32 mit der Zahnstange 44 ein Drehgelenk 48 ausgebildet. So ist der Hülsenbereich 46 relativ zu der Zahnstange 44 um die Längsachse des Fingerelements herum relativ zu dem Antriebselement 32 drehbar, ist jedoch in Längsbewegungsrichtung an der Zahnstange 44 festgelegt, so dass eine Bewegung der Zahnstange 44 in Längsrichtung des Fingerelements 26 eine Vorwärtsbewegung bzw. Rückwärtsbewegung des Hülsenbereichs 46 bewirkt. An dem Hülsenbereich 46 ist ein erstes Getriebeelement 50 des Umsetzgetriebes 30 ausgebildet.
Das Umsetzgetriebe 30 kann ganz unterschiedlich ausgebildet sein, solange es die Funktion erfüllt, dass zumindest ein Teil der Längsbewegung des Fingerelements 26 in eine Drehbewegung zumindest eines Teilbereichs eines Fingerelements 26 umgewandelt wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt bei dem Umsetzgetriebe 30 eine Umwandlung eines Längsbewegungsbereiches in eine Drehbewegung mittels einer Steuerkurve 52 und einem entlang der Steuerkurve 52 zu verfahrenden Steuerkurvenelement 54.
Beispielsweise ist zum Bilden des Umsetzgetriebes 30 eine Kulissenführung 56 mit einer Kulisse als Steuerkurve 52 und einem in der Kulisse zu führenden Kulissenstift 58 als Steuerkurvenfolgeelement 54 ausgebildet.
Allgemeiner ist die Steuerkurve 52 an einem Steuerkurvenelement 60 ausgebildet, welches ein erstes Getriebeelement 50 des Umsetzgetriebes bildet, wobei das an der Steuerkurve 52 entlang zu verfahrende Steuerkurvenelement 54 ein zweites Getriebeelement 62 des Umsetzgetriebes 30 bildet. Der Hülsenbereich 46 ist ein Beispiel für ein Steuerkurvenelement 60. Dieses kann in anderen Beispielen ganz anders ausgebildet sein.
Bei der in den 1 bis 11 dargestellten ersten Ausführungsform ist eines der Getriebeelemente 50, 62 des Umsetzgetriebes 30 an dem Fingerelement 26, insbesondere an dem ersten Teilelement 40, vorgesehen, während das andere der Getriebeelemente 50, 62 an der Halteeinrichtung 28 vorgesehen ist.
Besonders bevorzugt ist der Hülsenbereich 46 als Steuerkurvenelement 60 ausgebildet, wobei die Kulisse 55 als Ausnehmung in dem Hülsenbereich 46 eingearbeitet ist. Der Kulissenstift 58 ist bevorzugt als stationäres zweites Getriebeelement 62 stationär an der Halteeinrichtung 28 ausgebildet.
Das Erfassungsende 34 ist durch eine Vorspanneinrichtung 64 mit einer vordefinierten Vorspannkraft in Vorwärtsbewegungsrichtung, also insbesondere bezüglich der Zentralachse radial nach innen gerichtet, vorgespannt.
Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen weist die Vorspanneinrichtung 64 eine Feder 66 auf, die zwischen dem ersten Teilelement 40 und dem zweiten Teilelement 42 wirkt. Die Feder 66 ist insbesondere als Druckfeder ausgebildet, die in den Hülsenbereich 46 eingeführt ist.
Das zweite Teilelement 42 weist ein an dem Erfassungsende 34 entgegengerichteten Ende einen Stiftbereich 68 auf, der in den Hülsenbereich 46 eingeführt ist und der gegen die Feder 66 drückt. Weiter weist das zweite Teilelement 42 einen Anschlagbereich 70 zum Zusammenwirken mit einem später noch näher dargestellten Anschlag 72 der Halteeinrichtung 28 auf.
Bei der in 1 bis 11 dargestellten ersten Ausführungsform weist der Stiftbereich 68 wenigstens ein vorzugsweise quer durch den Stiftbereich 68 reichendes Langloch 74 auf, in welchem wenigstens ein an dem Hülsenbereich 46 fest innen angeordneter Begrenzungsstift 76 geführt ist. Über die Führung des wenigstens einen Begrenzungsstiftes 76 in dem Langloch 74 sind das erste Teilelement 40 und das zweite Teilelement 42 in Längsrichtung des Fingerelements 26 begrenzt zueinander beweglich. Bei der dargestellten Ausführungsform sind ein erster und ein zweiter Begrenzungsstift 76 vorgesehen, so dass auch durch die Führung in dem Langloch 74 über die beabstandeten Begrenzungsstifte 76 ein Verkippungsschutz gegeben ist. An Stelle zweier beabstandeter Begrenzungsstifte 76 könnte auch ein sich in Längsrichtung des Langloches 74 länglich erstreckender Begrenzungsstift 76 vorgesehen sein, um diese Funktion zu erfüllen. Weiter sind das erste und das zweite Teilelement 40, 42 über den Eingriff der Begrenzungsstifte 74 in dem Langloch 74 drehfest zueinander.
Wie am besten aus 5 ersichtlich, ist der Stiftbereich 68 an einem Ende dünner ausgeführt und, wie in 4 ersichtlich mit dem durchgängigen Langloch 74 versehen, durch welches die beidseitig an dem Hülsenbereich 46 befestigten Begrenzungsstifte 76 durchgreifen. Weiter weist der Stiftbereich 68 eine Verdickung auf, die den Anschlagbereich 70 bildet. In dieser Verdickung ist eine Längsbohrung vorgesehen, in die ein Ende eines Stiftelements 77 eingesetzt ist, welches das Erfassungsende 34 aufweist. Dieses Stiftelement 77 ist in dem Anschlagbereich 70 durch eine Schraube, z. B. Madenschraube 78, gesichert. Andere Ausführungen des Stiftbereichs 68 und des Bereichs mit dem Erfassungsende sind denkbar. Allgemein ist bevorzugt, dass das zweite Teilelement 42 mehrteilig mit einem Führungsbereich (z. B. der Stiftbereich 68) und einem Erfassungsbereich 36 ausgebildet ist, wobei eine lösbare Verbindung dazwischen ausgebildet ist. Hierdurch lässt sich allein der Erfassungsbereich 36 austauschen und/oder in anderen Materialien als der Führungsbereich ausbilden. Der Erfassungsbereich 36 kommt im Verlauf der Nutzung wie im Folgenden noch näher dargestellt mit den Leiterenden 12 in Kontakt und bildet somit ein Verschleißteil, das aufgrund der lösbaren Verbindung leicht austauschbar ist.
Im Folgenden wird anhand der Darstellungen in den 1 bis 11 der Aufbau der Positioniereinheit 24 der bevorzugten Ausgestaltung in größerem Detail näher erläutert.
Die Positioniereinheit 24 weist das Fingerelement 26, die Halteeinrichtung 28 sowie ein Abtriebselement 80 auf.
Die Halteeinrichtung 28 ist dazu ausgebildet, das Fingerelement 26 radial zu der Zentralachse und in Längsbewegungsrichtung des Fingerelements 26 beweglich zu halten. Hierzu weist die Halteeinrichtung 28 eine erste Führungseinheit 82 und eine zweite Führungseinheit 84 auf, wobei die Führungseinheiten 82, 84 in Längsrichtung des Fingerelements 26 voneinander beabstandet sind.
Die erste Führungseinheit 82 weist eine Führungsausnehmung, eine Führungsnut oder - wie in der dargestellten Ausführungsform vorgesehen - eine Führungsbohrung 86 auf. Das zweite Teilelement 42 ist durch die Führungsbohrung 86 hindurchgesteckt, so dass an dem radial inneren Ende der Führungsbohrung 86 das Erfassungsende 84 heraussteht. Die Berandung des bezüglich der Zentralachse radial äußeren Endes der Führungsbohrung 86 wirkt als Anschlag 72.
Die zweite Führungseinheit 84 weist in den dargestellten Ausführungsformen mehrere Führungsrollen 88 auf, an der das Antriebselement 32 längsbeweglich geführt ist. Bei den dargestellten Ausführungsformen weist das Antriebselement 32 an einem inneren Bereich die Zahnstange 44 auf und ist außen mit glatten Flächen versehen, an denen die Führungsrollen 88 angreifen und die als Lagerbereich wirken.
Das Abtriebselement 80 weist ein außen verzahntes Zahnrad 90 auf, welches mit der Zahnstange 44 kämmt.
Im Folgenden wird anhand der Darstellung in den 1 bis 11 der Aufbau einer bevorzugten Ausgestaltung der Positioniervorrichtung 10 näher erläutert.
Wie bereits oben erläutert, weist die Positioniervorrichtung die Halterung 22 auf, an der die Positioniereinheiten 24 ringsum verteilt vorgesehen sind.
Die Halterung 22 weist wenigstens ein stationäres Teil 92 und ein relativ zu dem stationären Teil 92 um die Zentralachse drehbares Antriebsteil 94 auf.
Das stationäre Teil 92 weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine ringscheibenförmige Grundplatte 96 auf, an deren radial inneren Bereich eine dickere Ringscheibe 98 vorgesehen ist, die die Führungsbohrungen 86 aller Positioniereinheiten 24 aufweist. Die Ringscheibe 98 weist somit alle Anschläge 72 der einzelnen Positioniereinheiten 24 auf.
Eine innere Öffnung der Ringscheibe 98 ist so groß, dass das Gehäuse 16 hindurchgeführt werden kann.
An der Grundplatte 96 ist jeweils pro Positioniereinheit 24 ein Kulissenstift 58 vorgesehen. Weiter sind an der Grundplatte 96 entsprechende Lagerungen für die Führungsrollen 88 und das außen verzahnte Zahnrad 90 der einzelnen Positioniereinheiten 24 vorgesehen. Weiter kann das stationäre Teil 92 noch eine in den Figuren nicht dargestellte Deckscheibe aufweisen, die als Ringscheibendeckel auf die in 1 dargestellte Struktur aufgesetzt sein kann.
Das Antriebsteil 94 ist als ringförmiges innenverzahntes Zahnrad 100 ausgebildet und kann einen Ausleger 102 aufweisen, an dem ein nicht dargestellter Aktor (z. B. Linearaktor) zum Drehen des Antriebsteil 94 angreifen kann. Das ringförmige innenverzahnte Zahnrad 100 ist mit jedem außen verzahnten Zahnrad 90 der einzelnen Positioniereinheiten 24 in Eingriff.
Im Folgenden wird der Betrieb der Positioniervorrichtung 10 anhand der 1 bis 11 näher erläutert.
Die 1 bis 3 zeigen dabei eine Anfangsstellung, wobei die Fingerelemente 26 ganz radial nach außen in der rückwärtigen Position befindlich sind. Das erste und das zweite Teilelement 40, 42 sind auseinandergezogen. Das Erfassungsende 34 ist in die jeweilige Führungsbohrung 86 hinein zurückgezogen. Dabei ist der Erfassungsbereich 36 mit der Kammstruktur 38 nach unten in 1 gerichtet.
Der Kulissenstift 58 befindet sich am Anfang der Kulisse 55. Die Steuerkurve 52 der Kulisse 55 ist derart, dass sie von dem Erfassungsende 34 aus hin zu dem Antriebselement 32 hin gesehen zunächst ein sich in Radialrichtung relativ zu der Zentralachse und in Längsrichtung des Fingerelements 26 gerichteten linearen Bereich aufweist, dann einen über einen 90°-Bereich des Hülsenbereichs 46 über den Umfang des Hülsenbereichs 46 geführten gekrümmten Bereich 104 aufweist und daraufhin ein kurzes wiederum in Längsrichtung des Fingerelements 26 gerichteten linearen Endbereich 106 aufweist. In 4 ist dabei nur der gekrümmte Bereich der Kulisse 104 und der kurze lineare Endbereich 106 zu sehen.
In der in den 1 bis 3 dargestellten Stellung wird die Positioniervorrichtung 10 auf das Gehäuse 16 des Stators aufgesetzt, nachdem die in den früheren Patentanmeldungen [1] bis [3] beschriebenen Umbiegungen der Leiterenden in Radialrichtung und Umfangsrichtung (Weiten und Schränken) durchgeführt worden sind.
Anschließend wird mittels des Aktors das Antriebsteil 94 und damit das innenverzahnte Zahnrad 100 um die Zentralachse gedreht. Dadurch werden die als außen verzahnten Zahnräder 90 ausgebildeten Antriebselemente 32 bewegt, so dass die Zahnstangen 44 der Fingerelemente 26 aller Positioniereinheiten 24 angetrieben werden und das erste Teilelement 40 in Vorwärtsbewegungsrichtung, d. h. in Richtung radial nach innen bewegt wird. Über die Vorspanneinrichtung 64 wird so auch das zweite Teilelement 42 mitbewegt. Somit führt jedes Fingerelement 26 eine erste lineare Bewegung durch, bis der Anschlagbereich 70 gegen den jeweiligen Anschlag 72 fährt.
Das Grundprinzip der dargestellten Ausführungsform der Positioniervorrichtung 10 wirkt demnach derart, dass das große innenverzahnte Zahnrad 100 durch eine Antriebseinheit wie zum Beispiel einen Aktor betätigt wird. Durch diese Betätigung wird das innenverzahnte Zahnrad 100 in eine Rotation versetzt. Durch die Rotation werden die hier 54 baugleichen außen verzahnten Zahnräder 90 ebenfalls in eine Rotation versetzt. Über eine jeweilige Zahnstange 44 wird die Rotationsbewegung wieder in eine lineare Bewegung umgewandelt, jedoch bewegen sich nun die hier 54 als Fingerelemente 26 ausgebildeten Schieber gleichzeitig nach innen. Die Hülse des Hülsenbereichs 46 weist eine Wendelnut auf, in der ein als Kulissenstift 58 wirkender Bolzen läuft.
Die Situation nach der ersten linearen Bewegung ist in den 4 und 6 bis 8 dargestellt. Durch diese erste lineare Bewegung werden die Erfassungsenden 34 zwischen die Leiterenden 12, die aus benachbarten Nuten 18 hervorstehen, eingefahren. Der Erfassungsbereich 36, hier mit der Kammstruktur 38, ist in Richtung auf das Gehäuse 16 gerichtet. Wie aus 4 ersichtlich, berührt einer der Begrenzungsstifte 76 noch das rückwärtige Ende des Langloches 74 und wird durch die Feder 66 gehalten. Die Feder 66 bewirkt eine vorbestimmte Drängkraft auf den Erfassungsbereich 36. Der Kulissenstift 58 befindet sich nun am Beginn des gekrümmten Bereichs 104 der Kulisse.
Das innenverzahnte Zahnrad 100 wird in kontinuierlicher Bewegung weiterbewegt; nun schlagen die Anschlagbereiche 70 gegen den jeweiligen Anschlag 72 an, so dass dadurch keine weitere Bewegung des zweiten Teilelements 42 in Radialrichtung nach vorne erfolgt. Gleichzeitig wird der Kulissenstift 58 nun durch den gekrümmten Bereich 104 der Kulisse geführt, was eine Verdrehung des Hülsenbereichs 46 bewirkt. Über die Begrenzungsstifte 76 und das Langloch 74 erfolgt so auch eine Zwangsdrehung des zweiten Teilelements 42, während sich nun die Begrenzungsstifte 76 innerhalb des Langloches 74 nach vorne bewegen.
Die Bewegung kann solange erfolgen, bis der Hülsenbereich 46 gegen den Anschlagbereich 70 fährt. Somit erfolgt über den gekrümmten Bereich 104 eine Verdrehung des Erfassungsendes 34 und damit des Erfassungsbereichs 36 um einen vorbestimmten Winkel, beispielsweise 90°. Hierdurch werden die Vorsprünge der Kammstruktur 38 des Erfassungsbereiches zwischen die Leiterenden 12 geführt, welche gemeinsam aus einer entsprechenden Nut 18 hervorstehen. Die Endstellung ist dann in den 5 und 9 bis 12 gezeigt.
Demnach wird durch die Wendelnut der Kulisse 55 aus der linearen Bewegung der Zahnstange 44 nach innen eine kombinierte Bewegung aus zunächst einer linearen und anschließend einer rotativen Bewegung erzeugt. Die Hülse des Hülsenbereichs 46 sorgt also dafür, dass sich das als Positionierfinger oder Drehfinger wirkende zweite Teilelement 42 nach einer linearen Bewegung anschließend verdrehen kann.
Die erste Bewegung erfolgt somit aus der in den 1 bis 3 dargestellten Grundstellung heraus so, dass das innenverzahnte Zahnrad 100 in Rotation versetzt wird. Die als Drehfinger ausgebildeten zweiten Teilelemente 42 der Fingerelemente 26 setzen sich gleichzeitig in Bewegung. Zunächst wird eine lineare Bewegung mittels der Zahnstange 44 ausgeführt. Sollte eines der zweiten Teilelemente auf einen Widerstand, z. B. ein falsch positioniertes Leiterende 12 oder eine Fremdkörper stoßen kann es durch das Zusammenpressen der Feder 66 ausweichen, so dass es und das Bauelement vor Beschädigungen geschützt sind.
In der in 8 dargestellten Vergrößerung ist erkennbar, dass nach dem Durchführen dieser ersten linearen Bewegung die Zahnstange 44 jetzt teilweise nach innen gefahren ist. Dadurch ist die lineare Bewegung des zweiten Teilelements 42 jetzt vollständig ausgeführt worden. Die zweiten Teilelemente 42 stehen nun zwischen den Hairpin-Reihen.
Anschließend erfolgt ein weiterer Bereich der Linearbewegung der ersten Teilelemente 40.
Das innenverzahnte Zahnrad 100 wird weiter verdreht. Dadurch bewegt sich die Zahnstange 44 weiter nach innen. Durch die Wendelnut in der Hülse des Hülsenbereichs 46 wird diese lineare Bewegung des ersten Teilelements 40 in eine rotierende Bewegung umgewandelt. Das als Drehfinger ausgebildete zweite Teilelement 42 wird nun nicht weiter nach vorne geschoben, sondern wird um 90° verdreht.
Wie in der Vergrößerung der 12 erkennbar ist, stehen nun die als Drehfinger ausgebildeten zweiten Teilelemente 42 90° verdreht zu der in 8 dargestellten vorherigen Situation zwischen den Hairpins. Die Zahnstange 44 ist vollständig zur Mitte vorgefahren und die Hülse des Hülsenbereichs 46 ist um 90° gedreht. Diese Position ist die vordere Endstellung des Positionierverfahrens.
Ziel des Positionierverfahrens ist es, die beispielsweise als Hairpins ausgebildeten Leiterenden 12 in einem Zwischenschritt des Herstellprozesses des Bauteils einer elektrischen Maschine zwischen einem Schränken und dem Aufsetzen einer Schweißlehre nicht mehr loszulassen und somit eine zusätzliche Fehlerquelle in dem Herstellungsprozess zu vermeiden und dementsprechend einen maschinellen Prozess zuverlässiger zu gestalten.
Wenngleich die hier dargestellte Positioniervorrichtung 10 und das damit durchführbare Positionierverfahren anhand eines detaillierten Ausführungsbeispiels der 1 bis 11 näher erläutert worden ist, so ist die hier dargestellte Lehre nicht darauf beschränkt. Es sind beliebige Abweichungen, Kombinationen und Unterkombinationen möglich. Die einzelnen Elemente, Einheiten und Einrichtungen der Positioniervorrichtung können auch abweichend gestaltet sein. Auch das Umsetzgetriebe 30 kann abweichend gestaltet sein.
Eine mögliche Alternative für die Ausgestaltung der Fingerelemente 26 ist in 12 dargestellt. Dabei sind für entsprechende Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet worden, und es kann für die Erläuterung dieser Elemente auf die obige Beschreibung hinsichtlich des ersten Ausführungsbeispiels verwiesen werden. Abweichend zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist hierbei das Umsetzgetriebe 30 nicht zwischen dem ersten Teilelement 40 und der Halteeinrichtung 28 ausgebildet, sondern zwischen dem ersten Teilelement 40 und zweiten Teilelement 42. Das erste Teilelement 40 ist somit nicht drehbar, sondern nur mittels der Zahnstange 44 verschiebbar. Das zweite Teilelement 42 ist innerhalb der Hülse des Hülsenbereichs 46 verschiebbar und drehbar aufgenommen, wobei das erste Getriebeelement 50 an den Hülsenbereich 46 und das zweite Getriebeelement 62 an dem Stiftbereich 68 ausgebildet ist. Die Kulisse 55 kann hier rein den gekrümmten Bereich 104 aufweisen.
Bei dieser Ausgestaltung wird zunächst das gesamte Fingerelement 26 mittels der Zahnstange 44 nach vorne bewegt, um die erste lineare Bewegung auszuführen, bis der Anschlagbereich 70 gegen den jeweiligen Anschlag 72 fährt. Somit wird das zweite Teilelement 72 an einer weiteren linearen Bewegung gehindert; anschließend erfolgt eine relative lineare Bewegung zwischen dem ersten Teilelement 40 und dem zweiten Teilelement, welche relative lineare Bewegung über das Umsetzgetriebe 30 in eine Drehbewegung des zweiten Teilelements 42 umgewandelt wird.
Ansonsten sind die Elemente gleich wie bei dem Fingerelement 26 des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels.
Bezugszeichenliste

10: Positioniervorrichtung
12: Leiterende
14: Bauelement
16: Gehäuse
18: Nut
20: Leiterendenanordnung
22: Halterung
24: Positioniereinheit
26: Fingerelement
28: Halteeinrichtung
30: Umsetzgetriebe
32: Antriebselement
34: Erfassungsende
36: Erfassungsbereich
38: Kammstruktur
40: erstes Teilelement
42: zweites Teilelement
44: Zahnstange
46: Hülsenbereich
48: Drehgelenk des ersten Teilelements
50: erstes Getriebeelement
52: Steuerkurve
54: Steuerkurvenfolgeelement
55: Kulisse
56: Kulissenführung
58: Kulissenstift
60: Steuerkurvenelement
62: zweites Getriebeelement
64: Vorspanneinrichtung
66: Feder
68: Stiftbereich
70: Anschlagbereich
72: Anschlag
74: Langloch
76: Begrenzungsstift
77: Stiftelement
78: Madenschraube
79: Bohrung
80: Abtriebselement
82: erste Führungseinheit
84: zweite Führungseinheit
86: Führungsbohrung
88: Führungsrolle
90: außenverzahntes Zahnrad
92: stationäres Teil
94: Antriebsteil
96: Grundplatte
98: Ringscheibe
100: innenverzahntes Zahnrad
102: Ausleger
104: gekrümmter Bereich der Kulisse
106: linearer Endbereich der Kulisse

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

DE 102018103926 [0005]
DE 102018103929 [0005]
DE 102018103930 [0005]
DE 102018103100 [0005]

Claims

Längliches Fingerelement (26) zum Positionieren eines Leiterendes (12) oder einer Gruppe von Leiterenden (12) einer Leiterendenanordnung (20) von aus einem Bauelement (14) zum Bilden eines Bauteils einer elektrischen Maschine vorstehenden Leiterenden (12), mit einem Antriebselement (32) zum Antreiben einer Längsbewegung des Fingerelements (26) in eine Vorwärtsrichtung und eine Rückwärtsrichtung, einem in Vorwärtsrichtung vorne angeordneten Erfassungsende (34), das durch die Vorwärtsbewegung des Fingerelements (26) zwischen Leiterenden (12) einfahrbar ist und an einem Umfangsbereich einen radial zu einer Längsachse des Fingerelements (26) vorspringenden Erfassungsbereich (36) aufweist, und einem Getriebeelement eines Umsetzgetriebes (30) zum Umsetzen eines mittleren Bereichs oder Endbereichs einer Längsbewegung des Fingerelements (26) in Vorwärtsrichtung in eine Drehbewegung des Erfassungsendes (34).
Fingerelement (26) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Erfassungsbereich (36) einen oder mehrere in Reihe angeordnete radiale Vorsprünge zum Bilden einer Kammstruktur (38) aufweist.
Fingerelement (26) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebeelement (50, 62) ein Steuerkurvenelement mit einer Steuerkurve (52) oder ein Steuerkurvenfolgeelement (54) zum Angreifen an einer Steuerkurve (52) ist und/oder dass das Getriebeelement (50, 62) ein Element einer Kulissenführung (56) ist.
Fingerelement (26) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fingerelement (26) ein erstes Teilelement (40) mit dem Antriebselement (32) und ein zweites Teilelement (42) mit dem Erfassungsende (36) aufweist, wobei die Teilelemente (40, 42) in Längsrichtung des Fingerelements (26) relativ zueinander beweglich sind und wobei 4.1 an einem der Teilelemente (40, 42) das Getriebeelement (50) zum Zusammenwirken mit einem stationären weiteren Getriebeelement (62) des Umsetzgetriebes (30) ausgebildet ist oder 4.2 an den Teilelementen (40, 42) das Umsetzgetriebe (30) zum Umsetzen einer Relativbewegung zwischen den Teilelementen (40, 42) in eine Drehbewegung des Erfassungsendes (36) ausgebildet ist.
Fingerelement (26) nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eines oder mehrere der folgenden Merkmale 5.1 dass die Teilelemente (40, 42) teleskopartig zueinander bewegbar sind; 5.2 dass eines der Teilelemente (40, 42) einen Hülsenbereich (46) und das andere Teilelement (40, 42) einen Stiftbereich aufweist, der in dem Hülsenbereich (46) verschiebbar aufgenommen ist, 5.3 dass eines der Teilelemente (40, 42) eine Steuerkurve (52) oder Steuerkulisse aufweist; 5.4 dass eines der Teilelemente (40, 42) ein an einer Steuerkurve (52) angreifendes Steuerkurvenfolgeelement (54) oder einen in einer Steuerkulisse geführten Kulissenstift (58) aufweist; 5.5 dass die Teilelemente (40, 42) relativ zueinander um die Längsachse drehbar sind; 5.6 dass die Teilelemente (40, 42) relativ zueinander drehfest sind 5.7 dass das erste Teilelement (40) einen Lagerbereich zum längsbeweglichen Führen in einer Halteeinrichtung (28) aufweist, 5.8 dass das erste Teilelement (40) als Antriebselement (32) eine Gewindestange oder eine Zahnstange (44) oder einen Zahnstangenbereich aufweist; 5.9 dass das erste Teilelement (40) und das zweite Teilelement (42) durch eine Vorspanneinrichtung oder einen mechanischen Kraftspeicher in eine der Relativbewegungsrichtungen vorgespannt ist; 5.10 dass das erste Teilelement (40) und das zweite Teilelement (42) durch eine Vorspanneinrichtung oder einen mechanischen Kraftspeicher in Richtung voneinander weg vorgespannt ist; 5.11 dass das erste Teilelement (40) oder ein Teilbereich des ersten Teilelements (40) relativ drehbar an dem Antriebselement (32) angelenkt ist.
Positioniereinheit (24) zum Positionieren eines Leiterendes (12) oder einer Gruppe von Leiterenden (12) einer Leiterendenanordnung (12) von aus einem Bauelement (14) zum Bilden eines Bauteils einer elektrischen Maschine vorstehenden Leiterenden (12), mit einem Fingerelement (26) nach einem der voranstehenden Ansprüche, einer Halteeinrichtung (28), in der das Fingerelement (26) längsbeweglich gehalten ist, und einem mit dem Antriebselement (32) zusammenwirkenden Abtriebselement, das zum Übertragen einer Antriebskraft auf das Antriebselement (32) zum Antreiben der Längsbewegung ausgebildet ist.
Positioniereinheit (24) nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eines, mehrere oder alle der folgenden Merkmale 7.1 dass ein Fingerelement (26) nach einem der Ansprüche 4 oder 5 und ein Anschlag (72), gegen welches eines der Teilelemente (40, 42) im Zuge der Längsbewegung verfahrbar ist, vorgesehen sind und/oder 7.2 dass ein als Zahnrad ausgebildetes Abtriebselement zum Zusammenwirken mit dem als Zahnstange (44) oder Zahnstangenbereich ausgebildeten Antriebselement (32) ausgebildet ist, und/oder 7.3 dass an der Halteeinrichtung (28) ein mit dem Getriebeelement (50, 62) an dem Fingerelement (26) zusammenwirkendes stationäres Getriebeelement des Umsetzgetriebes (30) vorgesehen ist; und/oder 7.4 dass das Umsetzgetriebe (30) zwischen der Halteeinrichtung (28) und dem Fingerelement (26) ausgebildet ist; und/oder 7.5 dass das Fingerelement (26) ein Steuerkurvenelement (60) mit einer Steuerkurve (52) und die Halteeinrichtung (28) ein Steuerkurvenfolgeelement (54) aufweist, welches an der Steuerkurve (52) angreift.
Positioniervorrichtung (10) zum Positionieren eines Leiterendes (12) oder einer Gruppe von Leiterenden (12) einer ringförmigen Leiterendenanordnung (20) von aus einem Bauelement (14) zum Bilden eines Bauteils einer elektrischen Maschine vorstehenden Leiterenden (12), umfassend: eine um eine Zentralachse ringförmig oder ringsegmentförmig ausgebildete Halterung (22), an der eine Reihe von Positioniereinheiten (24) nach einem der Ansprüche 6 oder 7 derart ausgebildet sind, dass die Fingerelemente (26) radial zu der Zentralachse mit dem Erfassungsende (36) auf die Zentralachse zu gerichtet ausgebildet sind.
Positioniervorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (22) ein stationäres Teil (92) und ein relativ dazu um die Zentralachse drehbares Antriebsteil (94) und ein Getriebe zum Umsetzen einer Drehbewegung des Antriebsteils (94) in eine Antriebsbewegung der Fingerelemente (26) aufweist.
Positioniervorrichtung (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe eine Innenverzahnung an dem Antriebsteil (94) aufweist, welches mit als Abtriebselemente (32) der Positioniereinheiten (24) wirkenden Zahnrädern kämmt.
Positioniervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass Teile der Halterung (22) scheibenförmig ausgebildet sind und die Positioniereinheiten (24) dazwischen angeordnet sind.
Positioniervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (22) relativ zu der Zentralachse radial verlaufende Führungsausnehmungen, Führungsnuten (86) oder Führungsbohrungen (88) zum Führen der Fingerelemente (26) oder von ersten Teilelementen (40) und/oder von zweiten Teilelementen (42) der Fingerelemente (26) aufweist.
Verwendung eines Fingerelements (26), einer Positioniereinheit (24) oder einer Positioniervorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche zum Einfädeln von Leiterenden (12) in Aufnahmeöffnungen einer Positionier- und Spannvorrichtung zum Positionieren und Verspannen der Leiterenden (12) zwecks Weiterverarbeitung und/oder Schneiden und/oder Schweißen und/oder Verbinden.
Verfahren zum Positionieren eines Leiterendes (12) oder einer Gruppe von Leiterenden (12) einer Leiterendenanordnung (20) von aus einem Bauelement (14) zum Bilden eines Bauteils einer elektrischen Maschine vorstehenden Leiterenden (12), umfassend: Längsbewegen eines Fingerelements (26) zum Einfahren eines Erfassungsendes (34) des Fingerelements (26), das an einem Umfangsbereich wenigstens einen radial zu dem Erfassungsende (34) vorspringenden Erfassungsbereich (36) hat, mit zu der Erstreckung der Leiterenden (12) ausgerichtetem Erfassungsbereich (36) zwischen zwei Leiterenden (12), und Umsetzen eines mittleren Bereichs oder eines Endbereichs der Längsbewegung des Fingerelements (26) in eine Drehbewegung zum Drehen des zwischen die Leiterenden (12) eingefahrenen Erfassungsendes (34), um so mit dem dann quer zu der Erstreckung der Leiterenden (12) ausgerichteten Erfassungsbereich (36) wenigstens eines der Leiterenden (12) zu erfassen und zu positionieren.
Verfahren nach Anspruch 14, umfassend Verwenden des Fingerelements (26) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und/oder der Positioniereinheit nach einem der Ansprüche 6 bis 7 oder der Positioniervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 12.