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Wickelmaschine für Ständer elektrischer Maschinen Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Einlegen von mehreren Spulen in die Ständer
elektrischer Maschinen, wobei ein Wickelarm zum Einführen der Drähte in die Nutenschlitze
hin- und hergehende Bewegungen ausführt und zur Bildung der Wickelköpfe entweder
der Ständer oder der Wickelarm und die Kopfformplatten in Drehung versetzt werden.
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Vorrichtungen zur maschinellen Bewicklung der Ständer elektrischer
Maschinen sind in verschiedenen Ausführungen bekanntgeworden. Die Wickelmaschine
nach deutschem Patent 584 471, eines der ältesten dieser Patente, verwendet z. B.
zur Spulenbildung einen rotierenden Wickelarm und ein hin- und hergehendes Schiffchen.
Die außerhalb des Ständers gebildete Schleife wird durch das Schiffchen in die Nuten
eingelegt. Es wurden auch Vorrichtungen bekannt, womit die außerhalb des Ständers
gebildete Drahtschlaufe mittels Greifer in den Ständer hineingeklappt wird.
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Der überwiegende Teil der bereits vorgeschlagenen Wickelmaschinen
benutzt jedoch Wickelarme in Verbindung mit sogenannten Einwindeformen, Schablonen
oder sonstigen Führungsteilen zum Einlegen der Drähte. Die Drähte werden hiermit
unmittelbar in ihre endgültige Lage gebracht. Im allgemeinen ist mit diesen Vorrichtungen
nur das gleichzeitige Einlegen einer Teilspule möglich, wobei nach Fertigstellung
derselben die Schablone, Einwindeform oder das sonstwie bezeichnete Führungsteil
umgesteckt oder ausgetauscht werden muß. Ausführungsbeispiele derartiger Wickelmaschinen
zeigen die deutschen Patentschriften 761309, 903 000 und 912 718. Ein wesentlicher
Nachteil dieser Wickelmaschinen besteht jedoch darin, daß jeweils immer nur eine
Spule eingelegt werden kann, wodurch die möglichen Vorteile der maschinellen Bewicklung
bezüglich kürzerer Fertigungszeiten gegenüber der manuellen Bewicklung nicht voll
ausgenutzt werden.
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Durch das deutsche Patent 729 753 wurde auch die gleichzeitige Verwendung
von mehreren Einwindeformen vorgeschlagen, wobei diese zweckmäßigerweise im Winkel
verstellbar, beispielsweise spreizbar ausgeführt sind. Weitere bekannte Vorrichtungen
zum gleichzeitigen Einlegen von mehreren Spulen zeigen die USA.-Patentschrift 2
579 585 und die schweizerische Patentschrift 284 579. Das Einlegen der Drähte erfolgt
dabei über Hebel, die in der Mitte gelagert sind und die nach dem Hindurchgehen,
durch die Ständerbohrung um einen begrenzten Winkel zum ; Wickelarm gekippt werden
können. Durch diesen konstruktiv begrenzten Winkel sowie durch die erforderliche
Düse an einem Ende dieser Hebel zum allseitigen Abgleiten der Drähte und in Verbindung
mit den Drahthalterungsteilen ergeben sich noch erhebiliche Mängel. Diese äußern
sich insbesondere in wesentlich kleineren Nutfüllfaktoren und insbesondere bei Anordnung
der Wicklung in zwei oder mehreren Ebenen in einer größeren mittleren Leiterlänge
gegenüber einer manuell hergestellten Wicklung, wodurch aber die durch die maschinelle
Bewicklung erreichten Vorteile durch eine schlechtere Ausnutzung der bewickelten
elektrischen Maschine zum Teil oder auch ganz wieder verlorengehen. Der kleinere
Nutfüllfaktor und die größere mittlere Leiterlänge sowie eine größere Ausladung
der Wicklung erklären sich insbesondere dadurch, daß sich die Stirnverbindungen
überwiegend in axialer Richtung zum Ständerpaket aufbauen. Auch ist es nicht möglich,
stärkere Drähte von z. B. 1,4 mm Durchmesser bei Kupfer und 1,6 mm Durchmesser bei
Aluminium, wie sie für Motoren bis 10 kW Leistung in Betracht kommen, ohne Beschädigen
der Leiterisolation bzw. Zerstörung des. Leiters mit einer nennenswerten Wickelgeschwindigkeit
von z. B. 70 Doppelhüben/min entsprechend 210 Windungen/min bei einer Drehstromwicklung,
über Düsen in die Nuten und die Haltevorrichtung für die Stirnverbindungen einzulegen.
Ferner ist es zur Erzielung von hohen Wickelgeschwindigkeiten notwendig, die Masse
des Wickelarmes möglichst klein zu halten und deshalb die Anbringung von Einrichtungen
zum Ein- und Ausschwenken der Drahtführungsteile am Wickelarm zu vermeiden, andrerseits
muß aber der Wickelarm ein großes äquatoriales als auch polares Träghe.itsmom,ent
aufwei.sien, um den bei stärkeren Drähten auftretenden Beanspruchungen zu genügen.
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Der Erfindung Liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der genannten
Nachteile eine Vorrichtung
zum gleichzeitigen Einlegen von mehreren
Spulen in die Ständer elektrischer Maschinen zu schaffen, mittels der Wickelgeschwindigkeiten
von 100 Doppelhüben/min und mehr dauernd erreicht werden und mit der die mittlere
Leiterlänge nicht oder nicht wesentlich größer wird als bei einer manuell hergestellten
Wicklung. Erfindungsgemäß wird dies durch eine Vorrichtung ermöglicht, bei der die
Drähte jeder Spule wechselweise über je zwei am Wickelarm radial ausschwenkbar angebrachte
Hebel, die bis zu 90° und mehr gegenüber dem Wickelarm schwenkbar sind, in die Nuten
eingelegt werden. Die Anzahl derartiger Schwenkhebelpaare richtet sich nach der
Zahl der Spulengruppen je Wicklungsebene. Zur Herstellung von 4-, 6- und 8poligen
Drehstromwicklungen werden zweckmäßigerweise drei Schwenkhebelpaare vorgesehen;
für Einphasenwicklungen je nach der Polzahl zwei oder vier Schwenkhebelpaare. Für
2polige Drehstrommotoren sind zwei Schwenkhebelpaare vorteilhaft. Kurz vor dem Ende
jeder Längsbewegung läuft jeweils ein Hebel jedes Paares auf eine außerhalb des
Wickelarmes angeordnete Kurve auf, wodurch das Ausschwenken bewirkt wird. Erst durch
das weite Ausschwenken der Hebel wird erreicht, daß sich die Drähte sämtlicher Teilspulen
auf den Nutgrund legen sowie die Stirnverbindungen sich mehr in radialer Richtung
aufbauen. Zur Bildung der Wickelköpfe werden entweder der Ständer oder der Wickelarm
und die Kopfformplatten in Drehung versetzt, wobei die Drähte während der Drehbewegung
der Wickelelemente über polierte Kufen, an denen sogenannte Fangnasen angebracht
sind, gleiten und in die Haltevorrichtung für die Stirnverbindungen eingelegt werden.
Die Fangnasen dienen dazu, beim Zurückgehen des Wickelarmes die Drähte an den Gleitkufen
festzuhalten, bis der Wickelarm mit den Schwenkhebeln so weit durch den Ständer
gefahren ist, daß die von den Fangnasen springenden Drahtschlaufen sauber zu liegen
kommen. Das erfindungsgemäße Wickelprinzip zum Einlegen von gleichzeitig mehreren
Spulen über wechselweise zwei Hebel je Spule in Verbindung mit den mit Fangnasen
versehenen Gleitkufen bietet außerdem den Vorteil, daß die Schwenkhebel praktisch
nur in einer Richtung mechanisch beansprucht werden. was ebenfalls eine Voraussetzung
zum störungsfreien Wickeln stärkerer Drähte ist. Die mittels der Schwenkhebel und
Gleitkufen gebildeten Drahtschlaufen sind länger als für die Stirnverbindungen notwendig
ist. Durch einen gesteuerten oder einen an und für sich bekannten selbsttätigen
Drahtrückzug werden die Drahtschlaufen auf die erforderliche Weite verkleinert.
Der Drahtrückzug kann z. B. dergestalt sein, daß der Draht jeder Spule über zwei
Rollen läuft, die als Schwinge wirken. Während der Drahtrückzug in Tätigkeit ist,
muß das Abspulen der Drähte von den Vorratsrollen verhindert, werden, z. B. in der
Weise, daß die von den Vorratsrollen ablaufenden Drähte Rollen umschlingen, die
während dieser Zeit gebremst werden. Die Halterung und Formgebung der Stirnverbindungen
erfolgt vorzugsweise mittels. sogenannter Wickelstützen. Es könnten auch Schablonen
oder Einwindeformen verwendet werden, jedoch bereitet damit die Halterung der Stirnverbindungen
der Spulen, die in der zweiten und in der eventuell dritten Ebene liegen, Schwierigkeiten.
Wickelstützen wurden bereits in fester oder schwenkbarer Anordnung vorgeschlagen,
z.B. in Verbindung mit sogenannten Stützblechen, über die die Drähte der ersten
Ebene(n) gewickelt werden. Erfindungsgemäß werden insbesondere zentral bewegbare
Wickelstützen in sternförmiger Anordnung verwendet dergestalt, daß die Einstellbarkeit
des Winkels zwischen Wickelstützenschaft und beweglichem Finger gegeben ist. Die
zentral bewegbaren Wickelstützen lassen eine automatische Umstellung derselben zum
Wickeln der nächsten Ebene zu. Die Einstellung eines anderen Winkels zwischen Wickelstützenschaft
und beweglichem Finger erfolgt vorzugsweise mittels einer spiralförmigen Nutenscheibe.
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Um die Sicherheit beim Ablauf des Wickelvorganges zu erhöhen, sind
erfindungsgemäß noch die nachfolgend beschriebenen Einrichtungen an der Wickelmaschine
vorgesehen. Bekanntlich wird die Nutschlitzbreite bei Induktionsmotoren mit Rücksicht
auf einen kleinen Carterschen Faktor möglichst klein ausgeführt. Um Beschädigungen
der Drahtisolation zu vermeiden, sind deshalb Einführbleche vorgesehen, die die
jeweils zu bewickelnden Nuten in einer Breite offenlassen, die kleiner ist als die
Nutschlitzbreite. Zur sicheren Übergabe des Drahtes von einem Schwenkhebel zum anderen
sind Leitbleche vorgesehen. Um ein sicheres Einführen der Drähte in die Nuten zu
gewährleisten, sind gegenüber den Gleitkufen Einführstützen angebracht.
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Der Antrieb und die Steuerung der Wickelmaschine kann auf verschiedene
Weise erfolgen. Zum Beispiel können für den Antrieb Kurvenscheiben als auch hydraulische
Betätigungsglieder verwendet werden. Für die Steuerung kann z. B. ein Lochstreifen
in Verbindung mit einem Programmschalter Verwendung finden, wodurch sieh der gesamte
Wickelvorgang automatisieren läßt. Dieser Lochstreifen wird nach jedem Doppelhub
des Wickelarmes um eine Teilung weitergerückt. Es kann jedoch für den vollautomatischen
Arbeitsablauf auch ein an sich bekannter Windungszähler mit elektrischem Kontakt
in Verbindung mit sonstigen Steuerungselementen zur Verwendung kommen. Die Darlegungen
bezüglich des Antriebes und der Steuerung haben deshalb nur eine ergänzende Bedeutung.
Bei Verwendung eines Programmstreifens kann dieser die gleichen Abmessungen und
die gleiche Perforierung besitzen wie ein normaler Kinofilm. Er ist als endloses
Band ausgeführt und besitzt mehrere Reihen von Löchern zur Erteilung von Kommandos.
Vorzugsweise sind zwei Lochreihen vorgesehen, von denen eine die nach Fertigstellung
jeweils einer Teilspule notwendigen Kommandos erteilt und die zweite den Drahtrückzug
beeinflußt derart, daß die Drahtschlaufen in ihrer Länge mit fortschreitender Spulenbildung
sprungweise verändert werden. Bei der maschinellen Herstellung von Ständerwicklungen
hat sich gezeigt, daß man schon mit drei Verstellungen je Teilspule brauchbare Ergebnisse
erzielt. Das Arbeitsprinzip der gesamten Steuerung isst von der Art des Antriebes
der Wickelmaschine abhängig. Für einen elektromechanischen Antrieb kann z.B. jeder
Lochreihe ein Steuerrelais zugeordnet sein, wodurch sich mittels eines Hubmagneten
ein Programmschalter betätigen läßt derart, daß er bei jedem Impuls des Steuerstromkreises
um eine Stellung weitergeschaltet wird. Mittels besonderer Verstellmotoren, die
über Programmschalter und Endschalter gespeist werden, wird die Umschaltung der
Wickelmaschine auf den nächstfolgenden Arbeitsgang bewirkt. Insbesondere handelt
es,sich um die Umstellung auf andere Wickelschritte und andere Wickelebenen. Während
der Ver-;tellbewegungen wird der Hauptantrieb stillgesetzt. Nach erfolgter Bewicklung
eines Ständers kehren alle
bewegten Teile wieder in die Ausgangsstellung
zurück, und der Antrieb wird abgeschaltet.
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Die Herstellung der Wicklung kann als fortlaufender Leiter für jeden
Strang oder als fortlaufender Leiter benachbarter Spulen verschiedener Ebenen erfolgen.
Im letzteren Falle erhalten bei einer verhältnismäßig niedrigen Leiterzahl je Nut
oder, wenn die Parallelschaltung von Spulengruppen nötig ist, die äußeren Teilspulen
der unteren Ebenen) als Schaltende eine Windung mehr. Für diese Spulen muß also
der Abstand von zwei Löchern des Lochstreifens um eine Teilung desselben weiter
auseinanderliegen.
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Die Abb. 1 bis 5 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Abb. 1 veranschaulicht die grundsätzliche Wirkungsweise der Wickelmaschine;
Abb. 2 zeigt den Schnitt A-B in Abb. 1; Abb. 3 zeigt ein. Schwenkhebelpaar in Seitenansicht
und Draufsicht; in Abb. 4 ist eine komplette Wickelstütze dargestellt; Abb. 5 zeigt
einen Lochstreifen, der die Kommandos für den automatischen Ablauf des Wickelvorganges
erteilt.
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Die Spulenbildung erfolgt durch Längsbewegungen des Wickelarmes und
Drehbewegungen des Ständers, der Antrieb elektromechanisch über ein Kurvensystem
von drei Kurven verschiedener Form. Eine Kurve bewirkt die Ständerdrehung derart,
daß der Ständer zwecks noch besserer Ausfüllung des Nutraumes zum Schluß jeder Drehung
eine Gegendrehung erfährt. Eine zweite Kurvenscheibe verursacht die Längsbewegung
des Wickelarmes. Diese Bewegung wird von einer dritten Kurvenscheibe über ein Differentialgetriebe
derart beeinflußt, daß beim Wickeln der Spulen der zweiten Ebene das Ausschwenken
der Schwenkhebel verzögert erfolgt. Dadurch wird ein Beschädigen der Isolation der
Drähte der ersten Ebene durch die einzulegenden Drähte der zweiten Ebene vermieden.
An einem Wickelarm 1 sind drei Schwenkhebelpaare angebracht. Die Schwenkhebel 2'
bzw. 2" laufen kurz vor dem Ende jeder Längsbewegung des Wickelarmes mittels der
Rollen 3' bzw 3" auf Kurven 4' bzw. 4" auf, wodurch sie radial zum Wickelarm ausgeschwenkt
werden. Im Verlauf der Ausschwenkung der Schwenkhebel 2' bzw. 2" greifen auch die
Rollen. 6' bzw. 6" in die Kurvenführungen 4' bzw. 4" ein, und gegen Ende der Ausschwenkbewegung
übernehmen die Rollen 6' bzw. 6" allein die Führung der Schwenkhebel.
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In Abb. 3 ist ein Schwenkhebelpaar ausführlicher dargestellt. Mit
5', 5" sind die Drahtführungsrollen an den Schwenkhebeln bezeichnet; mit 6', 6"
die Rollen, die mit den Rastungen 7, 7" in Verbindung mit den Wickeldrähten 8 die
Schwenkhebel 2' und 2" auch gegen das Ausschwenken sichern, während sich diese durch
die Bohrung des Ständers 9 bewegen. Die Kurven 4', 4" werden zweckmäßigerweise als
Zwangsführungen ausgebildet, und zwar in der Weise, daß die Rollen 3' bzw. 3" so
lange in den Kurven 4' bzw. 4" geführt werden, bis die Rollen 6' bzw. 6" mit den
Rastungen 7' bzw. 7" in Eingriff kommen. Die Rollen 3', 3" sind auf verschiedenen.
Seiten. der Schwenkhebel angeordnet, damit letztere unbeeinflußt voneinander durch
die Kurven 4', 4" zum Ausschwenken gebracht werden können. Dementsprechend müssen
auch die Kurven 4', 4" sowie die übrigen an den Kopfformplatten 41', 41" befestigten
Drahtführungsteile angebracht sein, was durch die vollausgezogene bzw. strichpunktierte
Darstellung zum Ausdruck kommen soll. Die mit »'« bzw. »"« gekennzeichneten, Teile
arbeiten jeweils zusammen. Die von den Vorratsrollen 10 über Drahtbremse 11, Drahtrückzugsschwingen
12, Umlenkrollen 13 und Führungsrollen 14 und 15 abgespulten Drähte 8 werden über
die Rollen 5' bzw. 5", der Hebel 2' bzw. 2" und die Gleitkufen 16' bzw. 16" in den
Ständer eingelegt. Die Drahtführung ist nur für eine Spule eingezeichnet. An den
Gleitkufen 16', 16" sind Fangnasen 17', 17" angebracht. Die gegenüber den Gleitkufen
16', 16" angebrachten Einführstützen 18', 18", rohrförmige und mit Schlitzen versehene
Einführbleche 19', 19" und an den Hebeln 2' vorgesehene Leitbleche 42 gewährleisten
das einwandfreie Einführen der Drähte in die Nuten sowie eine störungsfreie Übergabe
der Drähte an den Schwenkhebeln. Die Formgebung und Halterung der Stirnverbindungen
erfolgt mittels zentral bewegter Wickelstützen. Eine derartige Wickelstütze ist
in Abb. 4 dargestellt. Sie besteht aus dem Wickelstützenschaft 20 mit dem Ansatz
21 zum Bewegen der gesamten Wickelstütze in radialer Richtung, dem beweglichen Finger
22 und den Betätigungsgliedern 23 und 24. Die Betätigungsglieder 24 sind mit Ansätzen
25 versehen, die in die Nutenscheiben 26 eingreifen. Die Einstellung auf einen anderen
Winkel zwischen Wickelstützenschaft und bewegbarem Finger erfolgt durch Verdrehung
der spiralförmigen Nutenscheiben 26. Diese Nutenscheiben 26 werden von dem Wickelstützenmagazin
27 derart aufgenommen, daß sie in diesem um das für die Wickelstützenverstellung
erforderliche Maß verdreht werden können. Diese Verdrehung erfolgt über ein Differentialgetriebe
28 durch einen Verstellmotor 29. Dabei wird die Verriegelung 30 mit dem Differentialgetriebe
28 in Eingriff gebracht. Mittels einer Kugelrast 31 wird, eine Verstellung der Wickelstützen
während des Wickelvorganges verhindert. Eine in dem Wickelstützenmagazin 27 angeordnete
Spannvorrichtung 32 nimmt den zu bewickelnden Ständer 9 auf. Die Drehbewegungen
des Ständers werden über ein Differentialgetriebe 33 mittels Schwinge 34 erreicht.
Ein Verstellmotor 35 gestattet die Verdrehung des Ständers zum Wickeln einer anderen
Ebene.
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Die Pendelungen der Schwinge 36 übertragen sich über ein Differentialgetriebe
37 und einen Zwischentrieb 38 auf eine Zahnstange 39 des Wickelarmes 1. Mittels.
einer Schwinge 40 wird über das Differentialgetriebe 37 die Längsbewegung des Wickelarme
es, 1 und somit das Ausschwenken der Hebel 2' bzw. 2" in der zweiten Ebene verzögert.
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Um Ständer verschiedener Breite wickeln zu können sowie die Ausführbarkeit
versichiedenerWickelschri.tte zu gewährleisten, muß der Hub der Schwingen 34, 36
und 40 einstellbar :sein. Auf Einzelheiten wurde, da sie den Erfindungsgegenstand
nicht unmittelbar berühren, verzichtet.
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Der gesamte Arbeitszyklus wird durch den in Abb. 5 aufgeschnitten
gezeichneten, endlosen Lochstreifen gesteuert. Die Teilung der an den Rändern vorgesehenen
Perforierung beträgt 4,75 mm. Um diesen Betrag wird der Lochstreifen nach jeder
eingelegten Windung weitergedreht. Von den beiden mittleren Lochreihen werden die
für den Ablauf des Wickelvorganges, erforderlichem Kommandos erteilt. Die rechte
Lochreihe davon veranlaßt nach Erreichung einer beistimmten Leiterzahl pro Nut das
Weiterschelten eines Programmschalters. Durch die linke Lochreihe wird die Einstellung
des Drahtrückzuges für jede zu wickelnde Teilspule dreimal in. der gewünschten Weise
beeinflußt. Die Lage der Löcher und
erforderlichenfalls eine andere
Anzahl muß empirisch ermittelt werden.
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Eine andere Ausführungsmöglichkeit der Erfindung bildet eine Wickelmaschine,
die das Einlegen der Drähte bei feststehendem Ständer gestattet. Zur Bildung der
Wickelköpfe müssen dann die Kopfformplatten 41' und 41" und der Wickelarm Drehbewegungen
ausführen. Für die Wahl, ob die Bewicklung des Ständers bei drehendem Ständer oder
durch Drehung des Wickelarmes und der Kopfformplatten erfolgen soll, werden im allgemeinen
die jeweils günstigeren Beschleunigungs- und Verzögerungskräfte maßgebend sein,
die von den bewegten Teilen hervorgerufen werden.