Die Erfindung betrifft eine Montagevorrichtung zum gleichzeitigen Einführen in einer Axialrichtung A einer Mehrzahl an Kupferstäben in Aufnahmenuten eines Rotorelements und/oder eines Stator- elements einer elektrischen Maschine, mit einem Bauteilaufnahmeelement zur Aufnahme des Rotorelements und/oder des Statorelements und einer Einführeinheit für die in das Rotorelement und/oder das Statorelement einzuführenden Kupferstäbe.

Bei der Herstellung von elektrischen Maschinen, beispielsweise Elektromotoren oder Generatoren, geht es darum, den Montageprozess zu vereinfachen und gleichzeitig die Qualitätsparameter während des Montageprozesses zu verbessern. Hierbei ist zwischen in Wicklungs-Technologie hergestellten oder in Hair-Pin-Technologie hergestellten Statorelementen bzw. Rotorelementen zu unterscheiden. In jüngster Zeit werden verstärkt Anstrengungen unternommen die Hair-Pin- Technologie von einer überwiegend händischen oder auch halbautomatischen Fertigung hin zu einer weitestgehend automatisierten Fertigung zu entwickeln. Aufgrund der hohen Anforderun- gen an die Positionsgenauigkeit der Bauteile infolge der geringen Bauteiltoleranzen führt eine händische bzw. halbautomatische Fertigung zu hohen Taktzeiten und mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit zu Beschädigungen der Bauteile, was eine hohe Ausschussrate zur Folge hat. Rotorelemente in Hair-Pin-Technologie 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 Montagevor- richtung beschrieben, um Rotorelemente in Hair-Pin-Technologie herzustellen, wobei hiermit höchstens eine halbautomatische Montage durchgeführt werden kann.

Für eine einen automatischen Prozess erlaubende Montagevorrichtung kann festgehalten werden, dass es vorteilhaft ist, so viel Kupferstäbe oder Magnetstäbe wie möglich gleichzeitig, das heißt mit einem Arbeitsschritt, in die Aufnahmenuten eines Rotorelements und/oder eines Stator- elements einzuführen. Zumindest sollte es möglich sein, die für eine der Stromphasen vorgesehenen Kupferstäbe oder Magnetstäbe gleichzeitig einzuführen. Eine reduzierte Taktzeit ist nur dann gewährleistet, wenn auch das Bestücken der Montagevorrichtung mit den Kupferstäben oder Magnetstäben in einfacher und zeitsparender weise ermöglicht wird. Dieses Bestücken wird herkömmlich mit sogenannten Greifern durchgeführt. Weiterhin ist infolge der engen Spaltmaße zwischen Kupferstab oder Magnetstab und Aufnahmenuten bei der Bestückung der Montagevorrichtung mit den Stäben auf eine exakt definierte Positionierung der Stäbe in der Montagevorrichtung zu achten. Schließlich gilt es zu berücksichtigen, dass die Kupferstäbe oder Magnetstäbe infolge ihrer Länge seitlich geführt in die Aufnahmenuten eingeführt werden. Um mehrere Bauteile, welche auf dem Kreisdurchmesser des Rotorelements und/oder der Statorelements sind, greifen, ausrichten und montieren zu können, werden beispielsweise 6-Finger- greifer oder Vorrichtungen mit Kurvensteuerung (Schließscheibe) eingesetzt. Die Greiferanordnungen werden zum Greifen und anschließendem Transportieren beziehungsweise Montieren ei- nes Bauteils verwendet. Dabei zeichnen sie sich durch hohe Kräfte, hohe Präzision bei geringem Bauraum aus. Nachteilig ist allerdings die begrenzte und kaum erweiterbare Anzahl der Greifpunkte pro Arbeitsschritt. Bei der Montage von Elektromotoren oder Generatoren gilt es die Kupferstäbe oder Magnetstäbe auf einem Kreisdurchmesser anzuordnen, wobei die Stäbe eine kleine Eigenmasse haben. Die Anzahl der zu montierenden Stäbe ist produktabhängig und beispiels- weise bei 36 oder mehr liegen. Infolgedessen ist die erforderliche Greifkraft pro Greifpunkt niedrig. Derzeit werden die Kupferstäbe oder die Magnetstäbe von Hand oder halbautomatisiert einzeln und mit langen Zykluszeiten montiert.

Ausgehend hiervon besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Montagevorrichtung bereitzustellen, die ein automatisiertes Mehrfachgreifen von derartigen Bauteilen bei gerin- gen Zykluszeiten erlaubt.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Montagevorrichtung zum gleichzeitigen Einführen in einer Axialrichtung A einer Mehrzahl an Kupferstäben in Aufnahmenuten eines Rotorelements und/oder eines Statorelements einer elektrischen Maschine, umfassend ein Bauteilaufnahmeelement zur Aufnahme des Rotorelements und/oder des Statorelements und eine zum Ausrichten der in das Rotorelement und/oder das Statorelement einzuführenden Kupferstäbe dienende Ausrichteinheit mit einer Radialspannvorrichtung, wobei mittels der Radialspannvorrichtung die einzuführenden Kupferstäbe in eine definierte radiale Ausrichtung bezüglich einer in Axialrichtung A verlaufenden Mittelachse A der Montagevorrichtung positionierbar sind.

Durch die erfindungsgemäße Montagevorrichtung wird ein Mehrfachgreifer bereitgestellt, der einen geringen Bauraum einnimmt und der nur einen Antrieb in Form der Radialspannvorrichtung benötigt, um die Kupferstäbe in eine definierte Ausrichtung zu überführen. Auch sind mit der Montagevorrichtung möglichst viele Greifpunkte realisierbar und es ist eine geringe Greifkraft für jeden Kupferstab realisiert. Über die Radialspannvorrichtung wird sichergestellt, dass alle Kupferstäbe in der Ausrichteinheit zuverlässig in eine definierte radiale Ausrichtung überführt werden können. Durch den Mehrfachgreifer ist es möglich die Zykluszeit deutlich zu reduzieren. Auch wird eine einfache Montage und Wartung sichergestellt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Radialspannvorrichtung ein umfänglich um die Mittelachse A verlaufendes Spannband aufweist. Durch die Verwendung nur eines Spannbandes, welches im Wesentlichen konzentrisch um die Mittelachse A angeordnet sein kann, kann mit konstruktiv einfachen Mitteln ein Ausrichten der Kupferstäbe erfolgen. Das Spannband kann aus jedem geeigneten Material hergestellt sein, wobei es bevorzugt aus einem Stahl hergestellt ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Radialspannvorrichtung eine der Anzahl der Kupferstäbe entsprechende Anzahl an Stößelelementen aufweist, über die Kupferstäbe mittelbar über das Spannband in die definierte radiale Ausrichtung beaufschlagt werden. Dadurch, dass jedem Kupferstab ein Stößelelemente zugeordnet ist, können über die Stößelelemente Toleranzen beziehungsweise Schwankungen der Bauteilmaße ausgeglichen beziehungsweise kompensiert werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Radialspannvorrichtung zumindest ein in radialer Richtung federnachgiebiges Schlittenelement aufweist, über das das Spannband die Stößelelemente beaufschlagt. Über die Federnachgiebigkeit ist es in besonders vorteilhafter Weise möglich, Toleranzen beziehungsweise Schwankungen der Bauteilmaße auszugleichen. Darüber hinaus können auch eventuelle Schwankung der Radialkraft, mit der das Spann- band die Schlittenelemente über den Verlauf des Umfangs beaufschlagt, ausgeglichen werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das zumindest eine Schlittenelement in radialer Richtung formschlüssig mit dem Spannband in einer Wirkverbindung steht. Hierdurch ist das Spannband in vorteilhafter Weise in der Lage, eine radial gerichtete Bewegung dem Schlittenelement aufzuprägen. Bevorzugt ist insbesondere, dass das zumindest eine Schlittenele- ment über das Spannband sowohl auf die Mittelachse A zubewegt werden kann, als auch von der Mittelachse A wegbewegt werden kann. Hierbei ist die Bewegung weg von der Mittelachse A besonders vorteilhaft, da hierdurch Platz für das Einführen der Kupferstäbe in die Ausrichteinheit geschaffen wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass ein radial äußerer Anschlag vorgesehen ist, gegen den das Spannband bei einer Bewegung weg von der Mittelachse A anlaufen kann.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Radialspannvorrichtung einen Spannantrieb aufweist, wobei das Spannband über den Spannantrieb zwischen einer gespannten Stellung, in der die einzuführenden Kupferstäbe in der definierten radialen Ausrichtung bezüglich der Mittelachse A positioniert sind, und einer entspannten Stellung, in der die einzufüh- renden Kupferstäbe zumindest weitestgehend frei in der Ausrichteinheit einsitzen, beweglich ist. Der Spannantrieb dient in vorteilhafter Weise als Aktuatorik für das Spannband, so dass lediglich für den Spannantrieb eine externe Antriebsquelle bereitgestellt werden muss. Denkbar ist beispielsweise, dass der Spannantrieb elektrisch, pneumatisch oder auch hydraulisch angetrieben ist. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Spannantrieb in radialer Richtung verschiebbar bezüglich eines Grundkörpers der Radialspannvorrichtung gehalten ist. Hierdurch ist sichergestellt, dass der Spannantrieb der radialen Bewegung des Spannbandes infolge der Änderung des Umfangs bei Bewegung zwischen der gespannten Stellung und der unge- spannten Stellung folgen kann und es zu keiner ungünstigen Verspannung des Spannbandes kommt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Spannband ein erstes freies Ende und ein zweites freies Ende aufweist, wobei die beiden freien Enden über den Spannantrieb zur Einnahme der gespannten Stellung des Spannbandes beaufschlagt werden. Hierdurch ist das Spannband fertigungstechnisch einfach darzustellen, da es kein geschlossener Spannring sein muss. Weiterhin ergeben sich durch die offene Form des Spannbandes Vorteile bei der Montage der gesamten Vorrichtung.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Spannband die gespannte Stellung einnimmt, indem der Spannantrieb beide freien Enden des Spannbandes in Umfangsrich- tung einander annähert. Dies ist insofern vorteilhaft, als dass es konstruktiv einfach ist zu realisieren, dass die beiden Enden von dem Spannantrieb gegriffen werden. Weiterhin erfolgt durch das Annähern der beiden Enden Spannbandes eine Art Einschnüren des Spannbandes, so dass die Betätigungskraft durch den Spannantrieb verhältnismäßig gering sein kann.

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

Figur 1 eine erfindungsgemäße Montagevorrichtung mit einer Ausrichteinheit;

Figur 2 einen Längsschnitt durch eine Ausrichteinheit;

Figuren 3a, 3b ein Detail einer Ausrichteinheit der Montagevorrichtung gemäß Figur 1 und Figur 4 eine weiteres Detail der Ausrichteinheit der Montagevorrichtung gemäß Figur 1.

Die Figur 1 zeigt eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Montagevorrichtung 10. Bei der leicht perspektivischen Ansicht handelt es sich um einen die Montagevorrichtung 10 halbierenden Längsschnitt entlang eine Axialrichtung A, die vorliegend als zentrale Mittelachse M eingezeichnet ist. Die Axialrichtung A ist vorliegend vertikal orientiert. Denkbar wäre aber auch eine hiervon abweichende Orientierung. Infolge der vertikal orientierten Axialrichtung A wird in der folgenden Beschreibung Bezug auf relative Angaben wie oben, unten, mittig, oberhalb und unterhalb genommen. Die Montagevorrichtung 10 umfasst in einem mittleren Bereich eine Bauteilaufnahmeeinheit 12 und oberhalb hiervon eine Ausrichteinheit 14. Die Bauteilaufnahmeeinheit 12 dient der Aufnahme eines Rotorelements und/oder Statorelements, in das Kupferstäbe oder Magnetstäbe montiert beziehungsweise eingeführt werden sollen. Die Ausrichteinheit 14 wird zunächst mit mehre- ren Kupferstäben 20 - es wird im weiteren Verlauf lediglich Bezug auf Kupferstäbe genommen - bestückt, wobei die Kupferstäbe 20 in der Folge in ein Rotorelement und/oder Statorelement, welches in der Bauteilaufnahme 12 gehalten ist, eingeführt werden. Die Ausrichteinheit 14 weist mehrere Aufnahmekanäle 22 auf, in denen die Kupferstäbe 20 gehalten werden. Als Pendant hierzu umfasst das Rotorelement und/oder Statorelement mehrere Aufnahmenuten, in die die Kupferstäbe 20 eingeführt werden und in denen die Kupferstäbe 20 ihre endgültige montierte Position finden. Der Vorgang, wie die Ausrichteinheit 14 mit den Kupferstäben 20 bestückt wird, soll an dieser Stelle nicht näher beschrieben werden. Denkbar ist hierfür sowohl ein manueller als auch ein automatisierter Vorgang.

Die Montagevorrichtung 10 umfasst ferner ein erstes und ein zweites Schieberelement 16i und I62. Jedes Schieberelement I61, I62 weist in Axialrichtung A verlaufende Druckstäbe 24 auf, die derart dimensioniert sind, dass sie einerseits, nämlich von oben über das erste Schieberelement 16i, in die Aufnahmekanäle 22 der Ausrichteinheit 14 und andererseits, nämlich von unten über das zweite Schieberelement I62, in die Aufnahmenuten des Rotorelements und/oder Statorelements eingeführt werden können. Während das erste Schieberelement 16i oberhalb der Aus- richteinheit 14 und mit den Druckstäben 24 in Richtung der Ausrichteinheit 14 zeigend angeordnet ist, ist das zweite Schieberelement 16 ₂ unterhalb des Bauteilaufnahmeelements 12 und mit den Druckstäben 24 in Richtung des Rotorelements und/oder Statorelements zeigend angeordnet. Die Schieberelemente 16^ 16 ₂ können über nicht dargestellte Schlittenanordnungen entlang der Axialrichtung A linear verfahren werden. Hieraus ergibt sich, dass das erste Schieberelement 16i die Kupferstäbe 20 über die jeweiligen Druckstäbe 24 von oben kontaktieren kann und das zweite Schieberelement 16 ₂ die Kupferstäbe 20 über die jeweiligen Druckstäbe 24 von unten kontaktieren kann.

Die Ausrichteinheit 14 umfasst vorliegend eine erste Radialspannvorrichtung 30i und eine zweite Radialspannvorrichtung 30 ₂ , wobei beide vertikal übereinander angeordnet sind. Beide Radial- Spannvorrichtungen 30 _{ΐ 5} 30 ₂ können in einem vertikalen Abstand a zueinander angeordnet sein. Dieser axiale Abstand a kann entsprechend den konstruktiven Erfordernissen variiert werden. Denkbar wäre auch, dass nur eine Radialspannvorrichtung vorgesehen ist, die dann beispielsweise mittig an der Ausrichteinheit 14 angeordnet ist. Die Figur 2 zeigt einen perspektivischen Längsschnitt durch eine Radialspannvorrichtung 30 der Ausrichteinheit 14, wobei die Radialspannvorrichtung 30 bezogen auf die Darstellung der Figur 1 beispielsweise die obere Radialspannvorrichtung 30i sein kann. Wie bereits beschrieben, wird die Ausrichteinheit 14 während eines Verfahrens zur Montage von Kupferstäben 20 in einem Ro- torelement und/oder Statorelement zunächst mit den Kupferstäben 20 bestückt, anschließend werden die Kupferstäbe 20 mit der Radialspannvorrichtung 30 bezüglich definierten Positionen ausgerichtet und schließlich von der Ausrichteinheit 14 in die Aufnahmenuten des Rotorelements und/oder Statorelements überführt.

Die Ausrichteinheit 14 weist zunächst einen Grundkörper 48 auf, der im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist. Die Ausrichteinheit 14 weist ferner eine Deckplatte 36 auf, die einen oberen Verschluss bildet. In dem Grundkörper 48 verlaufen umfänglich bezüglich der Mittelachse M die Aufnahmekanäle 22 in Axialrichtung A. Die Radialspannvorrichtung 30 kann von dem Grundkörper 48 gehalten werden beziehungsweise an diesem befestigt sein. Die Radialspannvorrichtung 30 kann umfänglich um den Grundkörper 48 angeordnet sein und mit den Aufnahmekanälen 22 korrespondieren.

Weiterhin umfasst die Ausrichteinheit 14 einen radial innerhalb und in gleicher Axialposition der Radialspannvorrichtung 30 angeordneten Ausrichtring 32. Der Ausrichtring 32 dient der Radialspannvorrichtung 30 als Gegenlagerung. Der Ausrichtring 32 kann von dem Grundkörper 48 gehalten sein. Schließlich umfasst die Ausrichteinheit 14 Führungselemente 50 mit jeweiligen Durchbrüchen 42, die fluchtend zu den Aufnahmekanälen 22 angeordnet sind. In der linken Bildhälfte der Figur 2 ist ein Spannantrieb 44 der Radialspannvorrichtung 30 zu erkennen. Der Spannantrieb 44 kann elektrisch, pneumatisch oder auch hydraulisch angetrieben sein. Der Spannantrieb 44 steht in einer Wirkverbindung mit einem umfänglich um die Mittelachse A verlaufenden Spannband 46 der Radialspannvorrichtung 30. Das Spannband 46 ist vorliegend umfänglich nicht geschlossen ausgeführt und weist ein erstes freies Ende 52 und ein zweiten freies Ende 54 auf. Die beiden freien Enden 52, 54 des Spannbandes 46 sind an dem Spannantrieb 44 festgelegt, wie anhand der Figuren 3a) und 3b) dargestellt, und können von diesem bewegt werden. Bevorzugt kann der Spannantrieb 44 die beiden freien Enden 52, 54 des Spannbandes 46 jeweils in entgegengesetzte Umfangsrichtungen zuein- ander bewegen. Somit kann der Spannantrieb 44 das Spannband 46 in der einen Bewegungsrichtung radial aufweiten und in der anderen Bewegungsrichtung radial zusammenziehen. Das Spannband 46 seinerseits steht in einer formschlüssigen Wirkverbindung mit mehreren über den Umfang verteilte und der Anzahl der Kupferstäbe 20 korrespondierenden Schlittenelementen 56. Die Schlittenelemente 56 ihrerseits sind auf einer Führungsplatte 58 radial beweglich gehalten beziehungsweise geführt. In den Schlittenelementen 56 sind jeweils ein Stößelelement 34, ein Betätigungselement 62 und ein Federelement 60 aufgenommen. Hierbei ist das Federelement 60 zwischen dem Stößelelement 34 und dem Betätigungselement 62 angeordnet. Wirkt der Spannantrieb 44 also derart, dass er das Spannband 46 radial zusammenzieht, überträgt das Spannband 46 eine Radialkraft auf das Schlittenelement 56, das sich auf der Führungsplatte 58 nach radial innen verschiebt. Mit dem Schlittenelemente 56 wird mittelbar über das Betätigungselement 62 und das Federelement 60 das Stößelelement 34 auf den Kupferstab 20 zugestellt, bis dieser radial innen an dem Ausrichtring 32 zur Anlage kommt. Wirkt ab dieser Stellung weiterhin über das Spannband 46 eine Radialkraft auf das Schlittenelement 56 und ist die größer als die durch das Federelement 60 aufgebrachte Federkraft, gibt das Federelement 60 nach, so dass folglich das Stößelelement 34 den Kupferstab 20 genau mit dieser definierten Federkraft gegen den Ausrichtring 32 beaufschlagt beziehungsweise positioniert.

Die Figuren 3a) und 3b) zeigen Draufsichten eines Details der Ausrichteinheit 14, zum einen in der entspannten Stellung - Figur 3a) - und zum anderen in der gespannten Stellung - Figur 3b) - der Radialspannvorrichtung 30. Die Deckplatte 36 ist ausgeblendet. Zu erkennen sind zwei Spannbacken 68i und 68 ₂ , die im Wesentlichen im Umfangsrichtung bezogen auf die Ausrichteinheit 14 bewegt werden können, wie dies mit einem Doppelpfeil symbolisiert ist. Bei der Bewegung kann es sich auch um eine lineare Bewegung handeln, die tangential zu dem Umfang der Ausrichteinheit 14 verläuft. Weiterhin ist sowohl in den Figuren 3a) und 3b) als auch der Figur 2 ein Gleitschlitten 38 zu erkennen, der einerseits an dem Grundkörper 48 festgelegt ist und über den der Spannantrieb 44 in radialer Richtung verschiebbar gehalten ist, was ebenfalls mit einem Doppelpfeil symbolisiert ist. Hierdurch ist sichergestellt, dass der Spannantrieb 44 der radialen Bewegung des Spannbandes 46 infolge der Änderung des Umfangs bei Bewegung zwischen der gespannten Stellung und der ungespannten Stellung folgen kann und es zu keiner ungünstigen Verspannung des Spannbandes 46 kommt.

Die Figur 4 zeigt ein Detail der Radialspannvorrichtung 30. Zu erkennen sind zwei Schlittenelemente 56 mit jeweiligen Betätigungselementen 62 und Stößelelementen 34. Das Spannband 46 ist formschlüssig mit dem Schlittenelement 56 über eine äußere Stirnfläche des Schlittenelements 56 und einen Führungsstift 70 verbunden. Weiterhin ist ein radial äußerer Anschlag 72 vorgesehen, der eine äußere Begrenzung für das durch den Spannantrieb 44 maximal aufgeweitete Spannband 46 darstellt. In der Figur 4 ist das Spannband 44 in der gespannten Stellung dargestellt, was darin zu erkennen ist, dass zwischen dem Spannband 44 und dem Anschlag 72 ein Zwischenraum 74 besteht. Bezugszeichenliste

10 Montagevorrichtung

12 Bauteilaufnahmeelement

14 Ausrichteinheit

16 Schieberelement

20 Kupferstab

22 Aufnahmekanal

24 Druckstab

30 Radialspannvorrichtung

32 Ausrichtring

34 Stößelelement

36 Deckplatte

38 Gleitschlitten

42 Durchbruch

44 Spannantrieb

46 Spannband

48 Grundkörper

50 Führungselement

52 freies Ende

54 freies Ende

56 Schlittenelement

58 Führungsplatte

60 Federelement

62 Betätigungselement

64 Anfasung

66 Verjüngung

68 Spannbacken

70 Führungsstift

72 Anschlag

74 Zwischenraum Axialrichtung Mittelachse