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Verfahren und Vorrichtung zum Bewickeln der Ständer und zum Formen der Spulen von zwei-oder mehrpoligen Ein-oder Mehrphasenmaschinen
Für das Einbringen von ausserhalb des Motors gewickelten Spulen in die Ständernuten sind bisher im wesentlichen'folgende Verfahren bekannt :
1. Die Träufelwicklung. In die mit Isolier- material ausgekleideten, halboffenen Ständer- nuten werden die Drähte der vorgewickelten
Spule im wesentlichen einzeln nacheinander in radialer Richtung eingelegt und durch Ein- schieben des Nutenkeiles festgeJegt. Die Spulenköpfe werden schon vor dem Einträufeln vorgeformt, nachher umbandelt und von Hand aus mittels einfacher Werkzeuge in die notwendige Form gebracht. Dieses Verfahren wird fast immer bei kleinen und mittleren Maschinen angewendet.
2. Einlegen der Spulen als Ganzes in radialer Richtung. Vor dem Einlegen werden die Spulen mit der Nutenisolation versehen, die Spulenköpfe fertig gebogen und umbandelt. Die Seiten der Spule werden zwecks Abflachung gepresst, hierauf wird die fertige Spule in radialer Richtung in gegen die Bohrung zu offene Nuten mit parallelen Flanken eingelegt und durch eingeschobene Nutenverschlusskeile vor dem Herausfallen gesichert. Dieses Verfahren wird hauptsächlich bei vielpoligen Maschinen mit grosser Bohrung angewendet. Bei z. B. zweipoligen Maschinen und kleiner Bohrung entstehen erhebliche Schwie- rigkeiten, weil die für das Einbringen notwendige Form des Spulenkopfes wesentlich anders ist, als sie im fertigen Zustande sein muss.
3. Einschieben geradliniger Leiterstäbe in axialer Richtung. Bei grossen elektrischen Maschinen werden geradlinige, mit der Nutenisolation fertig umpresste einzelne Leiterstäbe oder Leitergruppen grossen Querschnittes axial in die Nuten eingeschoben, die aus dem Ständer herausragenden Leiterteile in die Form der Spulenköpfe von Hand oder mittels bekannter Einrichtungen gebogen und nachher so miteinander verbunden, dass sich die Spulenwindungen bilden. Diese Wicklungsart kann vorteilhaft nur bei grossen und meist vielpoligen Maschinen angewendet werden, bei denen in jede Nut nur eine kleine Leiterzahl zu liegen kommt.
4. Einschieben der Spulen in axialer Richtung.
Die vorgewickelte Spule wird mit der Nutenisolation umpresst, ein Spulenkopf wird fertig geformt und umbandelt, der andere aufgeschnitten und die Drähte werden so gerichtet, dass sie die geradlinige Fortsetzung der beiden Spulenschenkel bilden. Dann wird die Spule in axialer Richtung in halbgeschlossene Nuten eingeschoben, die Drähte des aufgeschnittenen Spulenkopfes werden zurechtgebogen, miteinander entsprechend verlötet und isoliert. Dieses Verfahren wird wegen des grossen Zeitaufwandes nur bei Hochspannungsmaschinen mit asphaltierten Spulen angewendet.
Demgegenüber besteht das erfindungsgemässe
Verfahren darin, dass jede Spule mit geschlossenen
Windungen in die Ständernuten axial eingeschoben wird, nachdem der zur Ständerachse senk- rechte Querschnitt der Spule an allen Stellen, die durch die Nuten geschoben werden müssen, also auch an den Wickelköpfen, z. B. durch einen Pressvorgang etwas kleiner gemacht wurde, als der Querschnitt der beiden Ständernuten.
Durch dieses Verfahren ist es möglich, die Spulen vor dem Einbringen in den Ständer fertig zu wickeln und mit allen Isolationen und Umbandelungen zu versehen. Auf diese Weise werden die Drähte der Spulen gegen Verletzungen und Verlagerungen derart mechanisch gesichert, dass der Einbau der Spulen in das Eisenpaket und die nachträgliche Formgebung der Spulenköpfe so geringe Sachkenntnis erfordert, dass selbst mit vollkommen ungelernten Kräften nach kurzer Anlernung eine ausserordentlich kurze Arbeitszeit und hohe Fertigungssicherheit erzielt werden kann.
Durch die geordnete Lage der Drähte in der Nut und durch den Wegfall der Nutenverschlusskeile kann eine wesentlich höhere Nutfüllung und damit höhere Leistung eines in seinen übrigen Abmessungen festliegenden Motors erreicht werden als z. B. bei der Träufelwicklung.
Es ist hiebei von besonderem Vorteil, dass eine vollständig sichere, geschlossene Nutenisolation anwendbar ist, die überdies auf die noch auf der
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Wickelschablone befindlichen Spulenschenkel auf- gebracht werden kann, wodurch Drahtkreuzungen in der Nut mit allen ihren Gefahren weitgehend vermeidbar sind.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird die Spule ebenfalls axial eingeschoben, aber mit geschlossenen Windungen. Die Zeichnungen zeigen Ausführungsbeispiele des Erfindung- gegenstandes. In Fig. 1 ist die Pressform 5, 6 mit eingelegter Spule 1 im Querschnitt durch die Spulenschenkel und in Fig. 2 bei ab- genommenem Oberteil 6 in Draufsicht dargestellt.
Die Spule 1 wird vorteilhaft auf einer Schablone gewickelt, die die geraden Teile des Schenkels freilässt. Die Nutenisolationen 2 können dann auf beide Schenkel der noch auf der Schablone befindlichen Spule aufgebracht werden, wodurch
Drahtkreuzungen in der Nut weitgehend vermeid- bar sind. Die Nutenisolation 2 wird z. B. durch mehrfaches Umwickeln mit Edelpressspan von
0-1 mm Stärke hergestellt, dessen letzte Windung geklebt und während des Trocknens durch
Klammern gehalten wird. Diejenigen Teile der
Spule, die später die Spulenköpfe bilden, werden dann mit den Umbandelungen 3 versehen, die in den weiteren Abbildungen der Übersichtlichkeit halber ebenso wie die beiden Drahtenden 4 der
Spule nicht mehr eingezeichnet sind.
Damit nun die so vorbereitete Spule 1 erfindungsgemäss mit geschlossenen Windungen in axialer Richtung in die Nuten eingeschoben werden kann, muss der zur Ständerachse senkrechte
Querschnitt der Spule an allen Stellen, die durch die Nut geschoben werden müssen, also auch an den Wickelköpfen, etwas kleiner gemacht werden als der Querschnitt der beiden Nuten, in die die
Spule einzubringen ist. Der Querschnitt durch ein Eisenpaket 8 mit einer für das Verfahren günstigen Nutform 9 ist in Fig. 3 dargestellt.
Die dort gezeichneten offenen Nuten, deren ebene Flanken gegeneinander so geneigt sind, dass die lichte Weite des Nutenraumes gegen die Bohrung zu abnimmt, sind besonders geeignet, weil sowohl die Herstellung der erfindungsgemäss für das Einschieben notwendigen Spulenfbrm auf einfache Weise möglich ist, als auch die Nutenverschlusskeile entbehrlich werden. Bei guter Füllung der zwischen den Drähten verbleibenden Hohlräume, z. B. durch Vakuum-Tränkung, kann sich im Betrieb die Form des von der Nutenisolation eng umschlossenen Drahtbündels nicht ändern und ist daher durch die Nutform selbst gegen Bewegungen in radialer Richtung gesichert.
Als Beispiel für das erfindungsgemässe Verfahren wird der Einbau der ersten Spule einer zweipoligen Drehstromwicklung mit 24 Nuten beschrieben. Die für das Einschieben notwendige Form der Spule 1 wird z. B. durch Pressen in einer zweiteiligen Form 5, 6 gemäss Fig. 1 und 2 hergestellt. Der Querschnitt der Spulenschenkel wird durch das Pressen etwas kleiner gemacht als der Nutenquerschnitt und beide Schenkel werden in jene Lage zueinander gebracht, die die beiden Nuten besitzen, in die die Spule ein- geschoben werden soll. Im gleichen Arbeitsgang wird der eine Spulenkopf an den Stellen 7, die durch die Nut geschoben werden müssen, in die zum Einschieben notwendige Form gepresst.
Der zur Ständerachse senkrechte Querschnitt der Spule 1 wird also an allen Stellen, die durch die Nut geschoben werden müssen, etwas kleiner gemacht als der Querschnitt der beiden Nuten, in die die Spule einzubringen ist. Das in Fig. 2 an den Stellen 7 angedeutete Breitquetschen des Drahtbündels ist für die Drahtisolation ganz unschädlich, wenn die Spule mit passendem
Querschnitt gewickelt wird, z. B. so, dass die Breite des Leiterbündels gleich oder etwas kleiner gemacht wird, als die Nutbreite an der engsten Stelle beträgt. Die Nut erhält dabei auch die richtige Füllung, weil der wegen der grösseren mittleren Nutbreite zur Verfügung stehende grössere Nutquerschnitt zur Unterbringung der Nutenisolation benötigt wird.
Die so geformte Spule 1 kann nun ohne weiteres in die beiden Nuten in axialer Richtung eingeschoben werden. Dabei ist es von grossem Vorteil, dass die später die Spulenköpfe bildenden Stellen der Spule bereits umbandelt sind, weil dadurch die Drähte dort, wo sie beim Einschieben entlang der Zahnkante gleiten müssen, durch die Umbandelung gegen Verletzung der Isolation geschützt sind. Das Einführen der Spule kann noch erleichtert werden, wenn in jede der beiden Nuten ein dünnes, der Nutform angepasstes Blech eingesetzt wird, das ein wenig in die Nut hineinragt und sich vom Eisenpaket weg schwach halbtrichterartig erweitert. In Fig. 3 ist das Eisenpaket 8 mit eingeschobener Spule 1 im Querschnitt dargestellt.
Die nach dem Einschieben aus dem Eisenpaket herausragenden fertig umbandelten Spulenteile müssen nunmehr in die durch die Art der Wicklung vorgeschriebene Form des Spulenkopfes gebracht werden. Mittels der in der Wickelei bisher angewendeten. Verfahren, wie z. B. Verformung von Hand aus mit Klopfholz und Hammer in Verbindung mit Formeinlagen oder ähnlichen Hilfsmitteln, lässt sich das durch die Umbandelung verhältnismässig starr gewordene Drahtbündel nur mehr schwer oder gar nicht in die gewünschte Form bringen. Erfindungsgemäss wird diese schwierige Verformung sehr rasch und sicher so durchgeführt, dass mit einem besonderen, mehrteiligen Verformungswerkzeug die aus dem Eisenpaket herausragenden, fertig umbandelten Spulenteile als Ganzes in die durch die Art der Wicklung vorgeschriebene Form des Spulenkopfes gebracht werden.
Als Beispiel wird nachstehend ein solches Verformungswerkzeug und seine Anwendung bei der Verformung beschrieben, die im wesentlichen aus vier Arbeitsgängen besteht.
Der erste Arbeitsgang, bzw. der Zustand nach
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werkzeuges in den Raum, der von den aus dem Eisenpaket herausragenden Spulenteilen umschlossen wird. Das Verformungswerkzeug be-
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so miteinander verbunden sind, dass durch Aus- übung einer entsprechenden Kraft auf die freien Enden der Winkelhebel 15, 16 die beiden Verformungsstücke 10, 11 voneinander entfernt oder einander genähert werden können.
Fig. 4-7 zeigen das Eisenpaket 8 mit eingeschobener Spule 1 und eingelegtem Verformungswerkzeug 10-17. In Fig. 4 sind das Eisenpaket 8 und die Teile 10-14 des Verformungswerkzeuges in Ansicht von vorne gezeichnet, während die Schenkel der Spule 1 im Schnitt entlang A-B der Fig. 5 dargestellt sind. Im Eisenpaket 8 sind der Übersichtlichkeit halber nur die beiden Nuten eingezeichnet, in die die Spule eingeschoben ist. Fig. 5 zeigt einen Schnitt entlang C-D der Fig. 4, wobei die Spule 1 aber in Ansicht dargestellt ist. Fig. 6 zeigt eine Ansicht aller Teile von oben und Fig. 7 eine Seitenansicht.
Fig. 4 und 5 zeigen deutlich, dass im ersten Arbeitsgang die beiden Verformungsstücke P, 11, nachdem sie einander ganz genähert wurden, von oben her in den Raum, der von den aus dem Eisenpaket 8 herausragenden, fertig umbandelten Spulenteilen umschlossen wird, eingebracht werden können.
Den zweiten Arbeitsgang bzw. den Zustand nach dessen Beendigung, zeigen Fig. 8 und 9, die bezüglich der geometrischen Darstellung gleich den Fig. 4 und 5 gehalten sind. Im zweiten Arbeitsgang werden die beiden Verformungsstücke 10, 11 durch Ausübung einer entsprechenden Kraft auf die freien Enden der Winkelhebel 15, 16 voneinander entfernt. Dabei umfassen die entsprechend geformten Verformungsstücke 10, 11 zuerst die Schenkel der Spule 1 und halten so bei der dann einsetzenden Vorverformung die richtige Breite der den Spulenkopf bildenden Spulenteile aufrecht. Diese Vorverformung besteht, wie am deutlichsten Fig. 9 zeigt, im wesentlichen in der Herstellung einer Kröpfung in den vorher geradlinig verlaufenden Spulenschenkeln 1 und in einer Vergrösserung des Halbmessers der runden Spulenenden.
Die notwendige Abstützung der Spulenschenkel erfolgt bei den Spulen der ersten Lage am Eisenpaket 8, bei den Spulen der weiteren Lagen an den bereits früher gebildeten Spulenköpfen. Die in diesem Arbeitsgang hergestellte Vorform der aus dem Eisenpaket 8 herausragenden Spulenteile muss so geartet sein, dass durch den folgenden dritten Arbeitsgang die durch die Art der Wicklung vorgeschriebene Form des Spulenkopfes gebildet wird. Diese Bedingung wird zwangläufig erfüllt, wenn die Verformungsstücke 10, 11 gemäss der später näher beschriebenen Formgebung ausgebildet sind und die Spule die passende Länge besitzt.
, Im dritten Arbeitsgang wird das ganze Verformungswerkzeug. samt den vorverformten Spulenteilen um 90 0 umgelegt, womit der Spulenkopf seine endgültige Form erhält. Der Zustand nach Beendigung dieses Arbeitsganges ist in Fig. 10 und 11 gezeigt. Fig. 10 stellt einen Schnitt entlang E-F der Fig. 11 dar, wobei aber der fertig ausgebildete Spulenkopf 18 in Ansicht gezeichnet ist, und in Fig. 11 ist die Seitenansicht dargestellt. Das Umlegen um 90 erfolgt durch Ausübung einer entsprechenden Kraft auf die freien Enden der Winkelhebel 15, 16.
Fig. 10 zeigt die richtige Form des Spulenkopfes 18 ; seine innere Begrenzung liegt bei allen noch freien Nuten ausserhalb des strichliert gezeichneten, den Nutengrund andeutenden Kreises 19 und seine äussere Begrenzung liegt innerhalb des Aussendurchmessers 20 des Eisenpaketes 8. Eine solche Lage der äusseren Begrenzung ist nicht Bedingung, aber meist erwünscht.
Im vierten Arbeitsgang müssen die Verformungsstücke 10, 11 aus dem fertig gebildeten Spulenkopf 18 entfernt werden. Wie in Fig. 12 dargestellt, werden zu diesem Zwecke die Verformungsstücke 10, 11 durch Ausübung einer entsprechenden Kraft auf die freien Enden der Winkelhebel 15, 16 einander ganz genähert, wodurch die Umgreifung des Spulenkopfes 18 durch die Verformungsstücke 10, 11 aufgehoben wird und diese können nun wie Fig. 12 zeigt, in Richtung der Ständerachse entfernt werden.
Fig. 13 zeigt den Zustand nach Beendigung dieses vierten und letzten Arbeitsganges. Da in axialer Richtung alle noch unbewickelten Nuten frei liegen, kann die nächste Spule auf jeden Fall eingeschoben werden, gleichgültig, in welche Nuten sie gemäss der gewünschten Art der Bewicklung eingebracht werden muss.
Die Form der Verformungsstücke 10, 11 für einen masstechnisch bestimmten Fall ist in der Hauptsache nach Aufzeichnung der gewünschten Spulenkopfform, ähnlich Fig. 10 gegeben. Der Abstand c", um den die Verformungs stücke 1 0, 11 gegeneinander beweglich sein müssen, ergibt sich aus der Notwendigkeit, diese in zusammengeschobenem Zustand zwischen die nach dem Einschieben geradlinig aus der Nut herausragenden Spulenschenkel einbringen zu können (Fig. 5). Durch den Abstand "a" ist auch die Ausbildung der Winkelhebel 15, 16 gegeben, die vorteilhaft mit kniehebelartiger Wirkung ausgestattet werden, wodurch auch noch bei grossen Motoren die menschliche Muskelkraft für die Verformungsvorgänge ausreichend ist.
Die Formgebung des die Spule unten umfassenden Teiles 21 der Verformungsstücke 10, 11 ist an den Stellen 22 durch die Bedingung festgelegt, dass die Ver- formungsstücke 10, 11 aus dem fertigen Spulenkopf 18 in Richtung der Ständerachse entfernt werden müssen.
Wenn in der Wicklung Spulen verschiedener Weite vorkommen, so ist für jede Spulenweite ein eigenes Verformungswerkzeug notwendig.
Bei der im Beispiel angenommenen 2-poligen Drehstromwicklung in 24 Nuten werden Spulen
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mit zwei verschiedenen Weiten angewendet und es sind demnach nur zwei verschiedene Verformungswerkzeuge erforderlich.
Nach dem beschriebenen Einbau der ersten Spule in die Nuten I und XIV (Fig. 13) wird die symmetrisch dazu liegende zweite Spule in gleicher Weise in die Nuten 11 und XIII eingebaut, womit die erste Spulenkopflage gebildet ist. Die dritte Spule wird in die Nuten XV und XXIV und die vierte, dazu symmetrische Spule in die Nuten III und XII eingebaut. Diese beiden Spulen haben eine kleinere Weite und zu ihrer Verformung ist ein zweites Werkzeug notwendig. Die im zweiten Arbeitsvorgang notwendige und schon früher erwähnte Abstützung der Spulen- schenkel dieser beiden Spulen erfolgt an den bereits gebildeten Spulenköpfen der ersten bzw. zweiten Spule.
Die Spulenköpfe der dritten und vierten Spule legen sich auf die unteren Spulen- köpfe und bilden die zweite Spulenkopflage.
Damit ist eine Phase gewickelt und die beiden anderen Phasen der Drehstromwicklung sind um 1200 versetzt mit den gleichen Werkzeugen her- stellbar. Es ergibt sich also eine Sechslagen- wicklung, die aber bei der geringen Höhe jeder einzelnen Lage die gleiche Ausladung ergibt wie die bei vorstehendem Beispiel sonst übliche Drei- lagenwicklung. Die ganze Länge jeder Spule muss, wie auch bei den bisher bekannten Bewicklungsverfahren, der Weite des Spulenkopfes und dessen Lage in axialer Richtung angepasst werden. Für die im Ausführungsbeispiel beschriebene Bewicklung werden Spulen mit sechs verschiedenen Längen benötigt.
Die praktische Durchführung des Verfahrens hat gezeigt, dass die in der Elektroindustrie üblichen Drahtisolationen, z. B. einmal Papier, einmal Baumwolle, die bei dem Verformungvorgang auftretenden Beanspruchungen mit voller Sicherheit aushalten. Auch Drähte mit einmal Papier, einmal Zellwolle isoliert, konnten trotz der höheren Druckempfindlichkeit der Zellwolle einwandfrei verarbeitet werden.
Besonders geeignet ist das Verfahren für die Bewicklung von Eisenpaketen mit kleiner Bohrung und grosser Eisenlänge, da die Träufelwicklung bei derartigen Ständerabmessungen sehr zeitraubend und unsicher wird. Das Verfahren gestattet bei gleicher Einfachheit und Sicherheit auch noch die Bewicklung von Ständern, bei denen, wie in Fig.-14 im Längsschnitt dargestellt, das Eisenpaket 8 in ein rohrförmiges Gehäuse 23 fest eingebaut ist, das wesentlich länger ist als das Eisenpaket und das überdies an seinen Enden Flanschen 24 trägt, deren lichte Weite nur etwas grösser als der Durchmesser des Nutengrundes ist. Derartige Ständer werden für Motoren benötigt, deren Aussendurchmesser so klein wie möglich gehalten werden muss. Für die Bewicklung eines solchen Ständers muss das beschriebene Verformungsverfahren wie folgt etwas abgeändert werden.
Nach dem früher beschriebenen zweiten Arbeitsgang werden durch eine geeignete Sperrvor- richtung, z. B. eine an den Verformungsstücken angebrachte, federartig einschnappende Klinke, die beiden Verformungsstücke 10, 11 in ihrer Lage zueinander festgehalten. Im folgenden dritten Arbeitsgang kann das Umlegen des ganzen Verformungswerkzeuges samt den verformten Spulenteilen durch Ausübung einer entsprechenden Kraft auf die Winkelhebel15, 16 nur um ungefähr 45 erfolgen, weil dann die Winkelhebel 15, 16 an dem Gehäuseflansch 24 anstehen. Sie werden
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Umlegewerkzeug 25 vorgenommen.
Dieses ist so geformt, dass es bei um ungefähr 45 geneigter Lage der Verformungswerkzeuges durch die Flanschbohrung hindurch auf die Zapfen 13, 14 aufgeschoben werden kann und das Umlegen um die restlichen 45'möglich ist, ohne dass der Stiel 26 dieses Umlegewerkzeuges 25 den Gehäuseflansch 24 berührt. In Fig. 14 ist der Zustand nach erfolgter Umlegung strichliert dargestellt. Nunmehr wird das Umlegewerkzeug 25 von den Zapfen 13, 14 in axialer Richtung abgezogen und
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genähert und ebenfalls in axialer Richtung aus dem fertig verformten Spulenkopf herausgezogen und durch die Flanschbohrung hindurch entfernt werden. Die weitere Bewicklung erfolgt, wie früher beschrieben und bietet keine Schwierigkeiten, wenn der Raum zwischen Eisenpaket 8 und Gehäuseflansch 24 für die Aufnahme aller Spulenköpfe richtig bemessen ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Bewickeln der Ständer und zum Formen der Spulen von zwei-oder mehrpoligen Ein-und Mehrphasenmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass jede Spule mit geschlossenen Windungen in die Ständernuten axial eingeschoben wird, nachdem der zur Ständerachse senkrechte Querschnitt der Spule an allen Stellen, die durch die Nuten geschoben werden müssen, also auch an den Wickelköpfen, z. B. durch einen Pressvorgang, etwas kleiner gemacht wurde als der Querschnitt der Ständernuten.