Die Erfindung betrifft eine Biegevorrichtung für eine Biegeumformung von in einem Stator- oder Rotorelement umfänglich gesteckte Kupferstäbe, mit einer Mehrzahl konzentrisch um eine Mitte lachse M angeordnete erste und zweite Biegeringe, zur jeweiligen Aufnahme der aus dem Stator oder Rotorelement austretenden freien Enden der Kupferstäbe.

Bei der Herstellung von elektrischen Maschinen, beispielsweise Elektromotoren oder Generatoren, geht es darum, den Montageprozess zu vereinfachen und gleichzeitig die Qualitätsparameter wäh rend des Montageprozesses zu verbessern. Hierbei ist zwischen in Wicklungs-Technologie herge stellten oder in Hair-Pin-Technologie hergestellten Statorelementen bzw. Rotorelementen zu un terscheiden. Die Hair-Pin-Technologie bietet die Möglichkeit die Leistungsdichte von Elektromoto ren, die in Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen sollen, zu erhöhen. Bei der Hair-Pin-Technologie werden speziell gebogene Kupferstäbe, die wegen ihrer Form auch als Hair-Pins bezeichnet wer den, in axial verlaufende und innenumfänglich oder außenumfänglich angeordnete Aufnahmenu ten des Statorelements bzw. Rotorelements eingeführt.

Im Verlauf der nachfolgenden Beschreibung wird der Begriff Kupferstab verwendet und auf den englischen Begriff Hair-Pin verzichtet. Ein Kupferstab im Sinne dieser Beschreibung ist bevorzugt U-förmig gebogen, so dass er zwei im Wesentlichen parallele Schenkelabschnitte aufweist, die von einem Querabschnitt miteinander verbunden werden. Die Länge dieses Querabschnittes bestimmt die sogenannte Spannweite des Kupferstabes, die demnach den Abstand der beiden Schenkelab schnitte zueinander angibt. Die beiden Schenkelabschnitte sind im montierten Zustand der Kup ferstäbe in die Aufnahmenuten des Statorelements bzw. Rotorelements eingeführt. Die beschrie bene Biegung beziehungsweise Form des Kupferstabes bedingt, dass in einer Axialansicht be trachtet die beiden Schenkelabschnitte parallel zu der Mittelachse M in den Aufnahmenuten einsit zen, allerdings auf unterschiedlichen Durchmessern bezogen auf die Mittelachse M. Dadurch, dass die beiden Schenkelabschnitte eines Kupferstabes auf unterschiedlichen Durchmessern liegen, kommt es zu einer Überlappung von benachbart in das Statorelement bzw. Rotorelement einge führten Kupferstäben. Hierbei wird der Durchmesser in dem Statorelement bzw. Rotorelement, auf dem jeweils der eine der beiden Schenkelabschnitte der Kupferstäbe gesteckt ist, als„Layer“ be zeichnet. Auf dem benachbarten Durchmesser in dem Statorelement bzw. Rotorelement befinden sich folglich die anderen der beiden Schenkelabschnitte der Kupferstäbe, so dass dieser benach barte Durchmesser einen anderen„Layer“ bildet. Zusammen werden diese beiden„Layer“ als „Level“ bzw. Stator-“Level“ bezeichnet. Um für die herzustellende elektrische Maschine unterschiedliche Schaltbilder realisieren zu kön nen, werden Kupferstäbe mit unterschiedlichen Spannweiten oder Kupferstäbe mit einheitlichen Spannweiten verwendet. Allerdings gilt grundsätzlich, dass die Spannweiten ein Vielfaches der umfänglichen Abstände - bezogen auf die Mittelachse M - des Statorelements bzw. Rotorelements - der Aufnahmenuten betragen.

In jüngster Zeit werden verstärkt Anstrengungen unternommen die Hair-Pin-Technologie von ei ner überwiegend hündischen oder auch halbautomatischen Fertigung hin zu einer weitestgehend automatisierten Fertigung zu entwickeln. Diese Montagemethoden sind sehr zeitaufwändig. Auf grund der hohen Anforderungen an die Positionsgenauigkeit der Bauteile verbunden mit geringen Bauteiltoleranzen führt eine hündische bzw. halbautomatische Fertigung zu hohen Taktzeiten und mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit zu Beschädigungen der Bauteile, was eine hohe Ausschuss rate zur Folge hat. Rotorelemente in Hair-Pin-T echnologie herzustellen ist bereits seit geraumer Zeit bekannt, wie dies beispielsweise die US 1 555 931 beschreibt. Weiterhin ist in der US 1 661 344 eine Montagevorrichtung beschrieben, um Rotorelemente in Hair-Pin-T echnologie herzustel len, wobei hiermit höchstens eine halbautomatische Montage durchgeführt werden kann. Struktu rell betrachtet kann der Montageprozess unterteilt werden in

1. eine Vorpositionierung, bei der es zunächst gilt, die einzelnen Kupferstäbe sowohl relativ zu einander als auch insgesamt umfänglich anzuordnen. Hierbei haben die Kupferstäbe nach er folgter Vorpositionierung noch nicht die zuvor beschriebene überlappende Position zueinan der, die sie später in dem Statorelement bzw. Rotorelement haben müssen;

2. eine Positionierung mittels einer Positioniervorrichtung, der die Kupferstäbe in der vorpositio nierten Anordnung übergeben werden und über die die Kupferstäbe in die überlappende Po sition gebracht werden;

3. den Montagevorgang, in dem die Kupferstäbe mittels einer weiteren Montagevorrichtung in das zu bestückende Statorelement bzw. Rotorelement eingeführt werden und

4. den Biegevorgang, in dem die Kupferstäbe auf der Seite, auf der die freien Enden aus dem Statorelement bzw. Kupferelement austreten, verdrillt bzw. verbogen werden. Der englische Begriff hierfür ist„twisten“, wobei sich als deutscher Begriff „verdrillen“ anbietet. Diese Seite des Statorelement bzw. Rotorelements, auf der die freien Kupferstabenden austreten, wird auch als Kronenseite oder Schweißseite bezeichnet, da die freien Kupferstabenden im An schluss an der Biegevorgang zumindest paarweise miteinander verschweißt werden. Eine Vor richtung zum Einsatz während des Biegevorgangs beschreibt beispielsweise die US 9 300 193 B2. Diese ist allerdings bezüglich der Drehantriebe der Biegeringe insofern kompliziert aufge baut, da jeder einzelne Biegering einen eigenen Drehantrieb benötigt. Bei dem Prozessschritt„Biegevorgang“ kommt es auf Präzision an, da bei dem Biegen zwingend sichergestellt sein muss, dass die elektrische Isolation der Kupferstäbe nicht verletzt wird. Hierfür wird regelmäßig dem eigentlichen Biegevorgang ein sogenanntes„Necken“ der freien Kupfersta benden vorangestellt, bei dem die einzelnen Kupferstabenden durch Biegen in radialer Richtung nach außen gebogen werden und hierüber die Isolationsabstände bzw. Freiräume eingebracht werden. Insbesondere werden über das„Necken“ die radialen Abstände zwischen benachbarten Stator-Level vergrößert.

Ausgehend hiervon besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Biegevorrichtung bereitzustellen, die antriebsseitig einfacher aufgebaut ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch Biegevorrichtung für eine Biegeumformung von in einem Stator oder Rotorelement umfänglich gesteckte Kupferstäbe, umfassend

eine Mehrzahl konzentrisch um eine Mittelachse M angeordnete erste und zweite Biegeringe, zur jeweiligen Aufnahme der aus dem Stator- oder Rotorelement austretenden freien Enden der Kup ferstäbe, wobei die ersten Biegeringe und die zweiten Biegeringe auf einem Radius bezüglich der Mittelachse M zueinander abwechselnd angeordnet sind und für die ersten Biegeringe und die zweiten Biegeringe zumindest ein Drehantrieb zur synchronen und voneinander unabhängigen Drehung der jeweiligen Biegeringe um die Mittelachse M vorgesehen ist.

Die erfindungsgemäße Biegevorrichtung ist infolge ihres einfacheren Antriebs der Biegeringe von Vorteil. Während des Biegevorgangs ist es lediglich nötig die ersten Biegeringe und die zweiten Biegeringe in entgegengesetzte Umfangsrichtungen zu drehen. Hierbei kommt es auf ein gleich zeitiges Drehen der ersten Biegeringe und der zweiten Biegeringe nicht zwingend an. Es wird als ausreichend erachtet, wenn die ersten Biegeringe und die zweiten Biegeringe jeweils gemeinsam aber durchaus nacheinander gedreht werden. In einer einfachsten Ausführung umfasst die Biege vorrichtung demnach lediglich einen Drehantrieb, beispielsweise in Form eines elektrischen Schrittmotors oder eines Pneumatikmotors, der bedarfsweise entweder mit den ersten Biegerin gen oder mit den zweiten Biegeringen gekoppelt werden kann.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass für die ersten Biegeringe und die zweiten Biegeringe jeweils ein Drehantrieb vorgesehen ist. Die ist insofern vorteilhaft, als dass dann der Biegevorgang über die ersten Biegeringen und die zweiten Biegeringe simultan in einem Prozessschritt durchgeführt werden kann.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass drei erste Biegeringe und drei zweite Biegeringe vorgesehen sind. Eine derartige Ausgestaltung erlaubt es, einen Biegevorgang an Sta tor- und Rotorelementen vorzunehmen, die mit 2 Level oder mehr Level Kupferstäben bestückt sind. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Biegeringe auf einen Außenum fang angeordnete und umfänglich verteilte Aufnahmenuten zur Aufnahme der freien Enden der Kupferstäbe aufweisen. Bei Aufnahmenuten ist es im Gegensatz zu im Stand der Technik bekann ten sacklockartigen Aufnahmeräumen vorteilhaft, dass diese fertigungstechnisch einfacher herge stellt werden können. Auch können in der Folge, dass die radial äußere Begrenzung durch den ra dial nächst äußeren Biegering gebildet wird, die Biegeringe in radialer Richtung dünner ausgebil det sein.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Aufnahmenuten einen sich trich terförmig erweiternden Öffnungsbereich ausbilden. Hierdurch ist gewährleistet, dass die freien Kupferstabenden während einer Zustellbewegung der Biegevorrichtung auf das bestückte Stator element bzw. Rotorelement leicht in die Aufnahmenuten der Biegeringe eingeführt werden kön nen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass den Aufnahmenuten ein beweglicher Aufnahmekranz vorgesetzt ist, der tangential zu den Biegeringen verlaufende und in radialer Rich tung bezüglich der Mittelachse M bewegliche Distanzkeile aufweist. Eine derart vorgesetzt und aktiv beweglicher Aufnahmekraft kann bei bestimmten Geometrien der Stator- bzw. Rotorelemente vor teilhaft sein.

Die Erfindung wird nachfolgend mit weiteren Merkmalen, Einzelheiten und Vorteilen anhand der beigefügten Figuren erläutert. Die Figuren illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsfor men der Erfindung. Hierin zeigen

Figuren la, lb Stator- bzw. Rotorelement mit Kupferstäben und Biegevorrichtung;

Figur 2 Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Biegevorrichtung;

Figuren 3a, 3b Einzelheiten der Biegevorrichtung gemäß Figur 2;

Figur 4 perspektivische Ansicht der Biegevorrichtung gemäß Figur 2;

Figuren 5a, 5b Detaillierungen der Biegevorrichtung gemäß Figur 2 und

Figuren 6a, 6b weitere Detaillierungen der Biegevorrichtung gemäß Figur 2.

Die Figuren la) und lb) zeigen jeweils im unteren Bereich ein Stator- oder Rotorelement 2 mit um fänglich gesteckten Kupferstäben 4. Zu erkennen sind weiterhin nach oben aus dem Stator- ober Rotorelement 2 herausragende Nutisolationen 8, welche beispielsweise aus einer Papierumman telung bestehen können. Freie Enden 6 der Kupferstäbe 2 ragen nach vertikal oben aus der Kro nenseite - auch Schweißseite genannt - des Stator- bzw. Rotorelements 2 heraus. In der Figur la) ist die Biegevorrichtung 10 vertikal beabstandet zu den Kupferstäben 2 angeordnet und in der Fi gur lb) ist die Biegevorrichtung 10 vertikal nach unten in Zustellrichtung Z auf die Kupferstäbe 4 bzw. das Stator- bzw. Rotorelement 2 zugestellt worden und hat in noch zu beschreibender Weise einen Biegevorgang an den freien Enden 6 der Kupferstäbe 4 durchgeführt. Die Zustellrichtung Z liegt zweckmäßigerweise parallel zu einer Mittelachse M, um die die Biegevorrichtung 10 weitest gehend rotationssymmetrisch verläuft. In der Figur lb) sind weiterhin mit den Pfeilen +M _Z und -M _z die Drehungen einskizziert, die die Biegevorrichtung 10 ausführt, um den Biegevorgang an den freien Enden 6 der Kupferstäbe 4 durchzuführen bzw. die freien Enden 6 der Kupferstäbe zu ver drillen.

Die Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Biegevor richtung 10 mit drei ersten Biegeringen 20i, 20 ₂ , 20 ₃ und drei zweiten Biegeringen 22i, 22 ₂ , 22 ₃ . Die ersten und zweiten Biegeringe 20, 22 sind zum einen koaxial und zum anderen abwechselnd zueinander angeordnet. Die Biegevorrichtung 10 umfasst zunächst einen in der vorliegenden Dar stellung nach unten offenen, zylindrischen Grundkörper 12. In diesen Grundkörper 12 sind, vorlie gend infolge der Orientierung von unten, zunächst die zweiten Biegeringe 22i, 22 ₂ , 22 ₃ eingesetzt. Die zweiten Biegeringe 22i, 22 ₂ , 22 ₃ sind ihrerseits zylindrisch und nach unten offen ausgebildet. Benachbart zu den zweiten Biegeringe 22i, 22 ₂ , 22 ₃ sind von unten die ersten Biegeringe 20i, 20 ₂ , 20 ₃ eingesetzt. Zum Drehantrieb der zweiten Biegeringe 22i, 22 ₂ , 22 ₃ ist oben auf den Grund körper 12 ein Antriebsflansch 14 angeordnet, der über mehrere Mitnehmerstifte 16 formschlüssig mit den zweiten Biegeringen 22i, 22 ₂ , 22 ₃ verbunden ist. Die Mitnehmerstifte 16 verlaufen bevor zugt parallel zu der Mittelachse M und umfänglich gleichmäßig beabstandet. Zum Drehantrieb der ersten Biegeringe 20i, 20 ₂ , 20 ₃ ist innerhalb des Antriebsflansches 14 und in den Grundkörper 12 hineinragend eine Antriebwelle 18 angeordnet, die zum Drehantrieb über radial bezüglich der Mit telachse M verlaufende Mitnehmerstifte 24 mit den ersten Biegeringen 20i, 20 ₂ , 20 ₃ formschlüs sig verbunden ist. Als Drehantrieb kann beispielsweise zumindest ein Schrittmotor 30 - alternativ auch zwei Schrittmotoren 30i, 30 ₂ - vorgesehen sein, der in geeignete Wirkverbindung mit dem Antriebflansch 14 oder mit der Antriebswelle 18 gebracht werden kann.

Die Figuren 3a) und 3b) zeigen Einzelheiten der Biegevorrichtung 10 und zwar in Figur 3a) die ers ten Biegeringe 20i, 20 ₂ , 20 ₃ , die Mitnehmerstifte 24 und die Antriebswelle 18 und in Figur 3b) die zweiten Biegeringe 22i, 22 ₂ , 22 ₃ , die Mitnehmer 16 und den Antriebsflansch 14. Nicht dargestellt ist der Grundkörper 12.

Die Figur 4 zeigt eine perspektivische Ansicht der Biegevorrichtung 10. Zu erkennen ist, dass der Grundkörper 12 in einem oberen Bereich Freischneidungen 26 aufweist, durch die die Mitnehmer stifte 16 geführt sind, um den Antriebsflansch 14 antriebsmäßig mit den zweiten Biegeringen 22i, 22 ₂ , 22 ₃ zu verbinden. Zweckmäßigerweise sind zu Montagezwecke auch in einem seitlichen Um fangsbereich des Grundkörpers 12 Freischneidungen 28 vorgesehen, um durch diese die Mitneh- merstifte 24 einführen zu können, die die Antriebswelle 18 mit den ersten Biegeringen 20i, 20 ₂ , 20 ₃ verbindet.

Die Figur 5a) zeigt eine Detailierung der Biegevorrichtung 10. Weiterhin sind die freien Enden 6 der Kupferstäbe 4 in der Stellung gezeigt, von der ausgehend sie in die Biegeringe 20, 22 eingeführt werden. Die Biegeringe 20, 22 weisen hierfür auf einem Außenumfang angeordnete und umfäng lich verteilte Aufnahmenuten 32 zur Aufnahme der freien Enden 6 der Kupferstäbe 4 auf. Zu er kennen ist ferner, dass die Aufnahmenuten 32 einen sich trichterförmig erweiternden Öffnungs bereich 34 ausbilden. Hierdurch ist es möglich, dass alle freien Enden 4 der Kupferstäbe 2 be schädigungsfrei in die Aufnahmenuten 32 der Biegeringe 20, 22 finden. Außerdem kann hierdurch bis zu einem gewissen Maße der Neckprozess ersetzt werden. Bei Stator- bzw. Rotorelementen mi geringen Abständen zwischen den einzelnen„Level“ ist dies durch die bloße Formgebung der Auf nahmenuten 32 über den Öffnungsbereich 34 zu erreichen. Die Figur 5b) zeigt eine weitergehen de Ausgestaltung der Biegevorrichtung 10, die durch einen den Aufnahmenuten 32 Vorgesetzten beweglichen Aufnahmekranz 36, der tangential zu den Biegeringen 20, 22 verlaufende und in ra dialer Richtung bezüglich der Mittelachse M bewegliche Distanzkeile 38 aufweist, gekennzeichnet ist. Dies erleichtert bei größeren Abständen zwischen den„Level“ das Aufspreizen der freien En den 4, damit diese in die Aufnahmenuten 32 der Biegeringe 20, 22 finden. Nachdem die freien Enden 4 der Kupferstäbe 2 in die Aufnahmenuten 32 gefunden haben, kann der Aufnahmekranz mit den Distanzkeilen 38 über eine Rotations- und eine Hubbewegung wieder aus dem Eingriff in die freien Enden 4 entfernt werden.

Die Figur 6a) zeigt die freien Enden 6 der Kupferstäbe 4 bereits teilweise in die Aufnahmenuten 32 der Biegeringe 20, 22 eingeführt. Zu erkennen ist, dass die freien Enden 4 sich noch nicht dem vertikalen Verlauf der Aufnahmenuten 32 angepasst haben, sondern infolge der sich trichterför mig erweiternden Öffnungsbereiche 34 weiterhin bezogen auf den übrigen Kupferstab 4 geradli nig weiterverlaufen. Die Figur 6b) zeigt dann den Zustand, nachdem die freien Enden 6 vollstän dig in Aufnahmenuten 32 eingeführt wurden und weiterhin die freien Enden 6 über die im Zusam menhang mit der Figur 1 beschriebene Verdrehung verdrillt wurde. Zu erkennen ist, dass die Kup ferstäbe 2 nach dem Verdrillen unter einem ungefähren Winkel von 45° aus dem Stator- bzw. Ro torelement 2 austreten und vor dem Eintritt in die Aufnahmenuten 32 in der entgegengesetzten Richtung unter dem gleichen Winkel gebogen sind, um vertikal in den Aufnahmenuten 32 einzu sitzen. Bezugszeichenliste

2 Stator- oder Rotorelement

4 Kupferstab

6 freies Ende

8 Nutisolation

10 Biegevorrichtung

12 Grundkörper

14 Antriebsflansch

16 Mitnehmerstift

18 Antriebwelle

20 Biegering

22 Biegering

24 Mitnehmerstift

26 Freischneidung

28 Freischneidung

30 Drehantrieb

32 Aufnahmenut

34 Öffnungsbereich

36 Aufnahmekranz

38 Distanzkeile