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Vorrichtung zum Führen, Aufwickeln und Anpressen der Drähte beim Herstellen
von Wicklungen elektrischer Geräte Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung
zum Führen, Aufwickeln und Anpressen der Drähte beim Herstellen von Wicklungen elektrischer
Geräte mit mindestens zwei die auflaufende Windung berührenden Druckelementen, die
den von außen aufgebrachten Anpreßdruck axial an die Wicklung weitergeben, und mindestens
einem radial auf die auflaufende Windung und die ihr unmittelbar benachbarten Windungen
pressenden Druckelement, wobei die Druckelemente in einer gemeinsamen axial mitlaufenden,
in Umfangsrichtung jedoch ruhenden Halterung geführt sind. Axial fortschreitende
Röhrenwicklungen für Transformatoren und Drosselspulen werden in der Regel so hergestellt,
daß die axial nebeneinanderliegenden Drähte von einer Vorratsrolle auf einen sich
drehenden Wickelzylinder aufgewickelt werden, wobei ein Wickler dafür Sorge trifft,
daß der auflaufende Draht ohne Beschädigung der Isolation neben die schon aufgelaufenen
Drähte zu liegen kommt, und ein zweiter Wickler durch axiales Anklopfen des aufgewickelten
Drahtes gegen die schon aufgewickelten Drähte eine feste Anpressung herstellt.
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Dieses Verfahren ist zeitraubend und ungenau, weil damit nicht erreicht
werden kann, daß alle Windungen mit gleichem axialem Preßdruck aneinanderliegen.
Gleicher axialer und dabei möglichst hoher Preßdruck muß jedoch zur Sicherung der
Kurzschlußfestigkeit der Wicklung vorhanden sein.
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Es sind bereits Verfahren bekannt, die die Nachteile der beschriebenen
manuellen Fertigung vermeiden sollen. So ist z. B. eine Anpreßvorrichtung bekannt,
bei der die auflaufenden Drähte durch axial mitlaufende Führungselemente stets an
den Auflaufpunkt geführt und axial gegen die schon aufgewickelten Nachbardrähte
angepreßt werden, wobei jedoch die anpressenden Flächen an dem auflaufenden Draht
gleiten.
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Bei diesem Verfahren sind große axiale Kräfte erforderlich, welche
die Wickelbank in ihren Lagern beschädigen können oder das Drehmoment der Wicklungsteile,
beispielsweise der Lagen, gegeneinander oder gegen den Wickelzylinder derart erhöhen,
daß diese Teile sich gegeneinander verschieben oder die Drahtisolation beim Anpressen
abgeschert wird.
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Wählt man die Anpreßkräfte kleiner, um diese Gefahren zu vermeiden,
so bleibt der gewünschte Effekt aus und die Drähte sind nicht stark genug gegeneinander
gepreßt.
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Bei der bekannten Vorrichtung werden die Drähte erst angepreßt, nachdem
sie auf den Wickelzylinder gewickelt sind, so daß die Reibung, mit der die
Drähte
auf dem Wickelzylinder liegen, überwunden und die aufzubringende Anpreßkraft noch
größer werden müssen.
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Um dem abzuhelfen, wurde vorgeschlagen, den Anpreßpunkt an einer
Stelle zu wählen, an der der auflaufende Draht gerade noch nicht mit seiner vollen
Reibungskraft auf den Wickelzylinder drückt.
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Außerdem wurde, um die Scherwirkungsbeanspruchung der Isolation zu
verringern, vorgeschlagen, den auflaufenden Draht gegenüber den schon aufgelaufenen
Drähten axial mit einer mitlaufenden Haltevorrichtung so vorzuziehen, daß er erst
mit dem aufgelaufenen Draht in Berührung kommt, wenn er dem Wickelzylinder schon
sehr nahe ist.
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Unter Ausnutzung dieser örtlichen Anpreßstellen ist es aber immer
noch nicht möglich, bei allen Drahtsorten, insbesondere denen sehr großen Querschnittes,
ausreichend hohe Anpreßkräfte zu erreichen, ohne daß sich die Drähte nachträglich
unerwünscht verschieben. Es zeigt sich nämlich, daß die anpressende Fläche einmal
immer noch zu große Reibung mit der Drahtisolation des auflaufenden Drahtes hat
und daß sie nur einen geringen Teil der radialen Abmessungen des auflaufenden Drahtes
überdecken kann. Wählt man nämlich den Abstand der anpressenden Fläche zum Wickelzylinder
zu klein, so berührt an einigen Umfangsstellen bei Drehung der Wickelbank die anpressende
Fläche unweigerlich den Wickelzylinder und reißt ihn auf. Das liegt daran, daß der
Wickelzylinder nicht exakt rund ist und aus weichem Material, insbesondere aus Papierlagen,
besteht und sich deshalb verformen kann.
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Wählt man dagegen den Abstand zu groß, reißt die Drahtisolation auf.
Außerdem kann der Anpreßdruck schon deswegen nicht über ein bestimmtes Maß gesteigert
werden, weil die angepreßte Windung sofort wieder zurückfedert, wenn sie die anpressende
Fläche verlassen hat. Man kann zwar, wie es ebenfalls vorgeschlagen wurde, den Drahtzug
erhöhen, etwa indem man den auflaufenden Draht mit einer Haltevorrichtung abbremst,
so daß die Reibung des aufgelaufenen Drahtes gegen den Wickelzylinder erhöht wird
und die Rückfederkraft erst dann den Draht verschiebt, wenn die Reibungskraft überwunden
ist. Diesem Verfahren sind jedoch Grenzen gesetzt.
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Es ist ferner eine Wickelvorrichtung bekannt, an der eine an einem
Schlitten mit Drahtführung angebrachte Andrück- und Formungseinrichtung so wirkt,
daß der auflaufende Draht gegen den vorher gewickelten Draht drückt. Jedoch wird
hier der Anpreßdruck über gleitende Reibung aufgebracht, was wiederum zu den geschilderten
Nachteilen führt. Da die bekannte Vorrichtung offensichtlich für unisolierte Wicklungen
Verwendung findet, lassen sich ihre Konstruktionsprinzipien auch nicht ohne weiteres
zur Lösung der vorliegenden Aufgabe ausnutzen.
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Schließlich ist eine Anpreßvorrichtung bekannt, die am Ende eines
Hebelarmes ein Druckrollenpaar aufweist, deren eine Achse in radialer und deren
andere Achse in axialer Richtung zur Spulenachse liegt. Hier besteht jedoch nach
wie vor die Gefahr, daß die auflaufenden Wickeldrähte unmittelbar nach dem Anpressen
durch die axiale Rolle wieder zurückfedern.
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Die Aufgabe, einen kurzschlußfesten Sitz der Wickeldrähte und -leiter
zu gewährleisten, wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß mindestens ein axial
wirkendes Druckelement den auflaufenden Draht in an sich bekannter Weise an einer
Stelle erfaßt, an der dieser bereits am benachbarten, schon aufgewickelten Draht
anliegt, jedoch selbst noch nicht auf der Windungsunterlage aufliegt, während mindestens
ein weiteres, axial wirkendes Druckelement den auflaufenden, bereits auf der Windungsunterlage
aufliegenden Draht am Zurückfedern hindert, und daß weiterhin die axial wirkenden
Druckelemente in der Halterung in ihrer Höhe gegenüber der Windungsunterlage verstellbar
sind.
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In einer zweckmäßigen Gestaltungsform der Vorrichtung nach der Erfindung
sind die axial oder radial wirkenden Druckelemente Teile einer Kette oder eines
endlosen Bandes, welche mittels mindestens zweier Halterungselemente wie Zahnräder
oder Rollen transportiert werden.
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Es ist ferner vorteilhaft, die axialen und radialen Druckelemente
in ihrer Winkellage gegenüber der Längsachse der aufzuwickelnden Wicklung veränderbar
zu machen.
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Schließlich sind die axial wirkenden Druckelemente vorteilhaft in
radialer Richtung zur Wickelachse in mehrere unabhängig voneinander bewegliche Teilelemente
unterteilt.
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Diese Maßnahmen bewirken, daß auch bei unrunden Wickelzylindern der
Abstand der axial wirkenden Druckelemente vom Wickelzylinder stets erhalten bleibt
und deshalb sehr klein gewählt werden kann, so daß das Druckelement fast die ganze
radiale isolierte Drahtbreite anpreßt. Damit wird die Isola-
tion gleichmäßig angepreßt
und kann nicht reißen.
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Eine Beschädigung der Isolation wird ferner dadurch vermieden, daß
die anpressende Fläche im Anpreßmoment keine relative Bewegung in Umfangsrichtung
gegenüber der Isolation des auflaufenden Drahtes ausführt, da sie mitläuft. Dadurch
werden auch die zusätzlichen Drehmomente, die die angepreßten Windungen und die
Nachbarwindungen in Umfangsrichtung gegen die übrigen Drahtlagen der Wicklung oder
gegen die Wickelzylinder verschieben können, oder die Beanspruchung der Lager der
Wickelbank so klein wie möglich gehalten.
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Ferner ist auch ein gleichmäßiger radialer Druck der radial anpressenden
mitlaufenden Flächen in Richtung zur Wickelachse gegen die schon aufgewickelten
und die neu aufgelaufenen Windungen gegeben, wodurch eine gleichmäßige radiale Außenkontur
aller Windungen gewährleistet ist. Es können mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung
auch solche Windungen, die in viele Einzeldrähte unterteilt sind, z. B. Drilleiter
oder flexible Drahtseile, die vor dem Aufwickeln keinen rechteckigen Querschnitt
haben, im Moment des Anpressens geformt werden, so daß ihr endgültiges Profil einen
gewünschten Rechteckquerschnitt annimmt.
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Die Erfindung soll nun an den in der Zeichnung dargestellten Beispielen
noch näher erläutert werden, wobei gleiche Teile stets mit gleichen Bezugsziffern
versehen sind.
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In F i g. 1 ist mit 1 der Wickelzylinder bezeichnet, auf den einige
Leiter einer Wickellage 14 aufgewikkelt sind. An die Stelle des Wickelzylinders
1 können auch eine bereits fertig gewickelte untere Wickellage oder etwa axial angeordnete
Leisten treten, die die Ölkanäle fixieren und auf die die Drahtlagen aufgewickelt
werden. Über ein Abstandsstück 2 wird vor dem Anpressen der auflaufenden Windungl3
die Anpreßanordnung radial gegen den Wickelzylinder gedrückt. Die Anpreßanordnung
wird beispielsweise durch einen Gelenkarm mit den Teilen 5, 6 und 7, die in den
Achsen 3 und 4 drehbar sind, gebildet.
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Die Lage der Anpreßanordnung, zu der auch die Druckelemente gehören,
ist dann richtig, wenn die Druckelemente, die im Ausführungsbeispiel gemäß F i g.
1 als einzelne Rollen 8 und 9 ausgebildet sind, einen konstanten Abstand 22 von
dem Wickelzylinder bzw. der Windungsunterlage 1 haben. Dieser konstante Abstand22
wird beispielsweise dadurch erreicht, daß ein dünner Preßspanstreifen von der Dicke
des Maßes 22 auf demWickelzylinder bzw. der Windungsunterlage 1 befestigt und darauf
die Vorrichtung so eingestellt wird, daß die Rollen 8 und 9 auf dem Preßspanstreifen
fest aufliegen und in Umfangsrichtung so eingestellt werden, daß die die auflaufende
Windung 13 zuerst anpressende Rolle 8 mit ihrer Berührungslinie 10' vor dem Berührungspunkt
10 in Richtung Drahtvorratsrolle der Anpreßanordnung, zu der auch die Druckelemente
gehören, zu liegen kommt. Die Rolle 9 dagegen wird dahinter angeordnet. Sie hat
die Aufgabe, den eben aufgelaufenen Draht, der infolge der Spannung, die mittels
der Rückhaltevorrichtung 11 erzeugt wird, auf dem Wickelzylinder bzw. der Windungsunterlagel
aufliegt, am Zurückfedern zu hindern, sofern die Anpreßkraft der Rolle 8 so groß
ist, daß die Reibungskraft ein Zurückfedern nicht mehr verhindern kann.
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Man sieht, daß im vorliegenden Beispiel die Anpreßelemente als Rollen
8 und 9 ausgebildet sind.
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Diese Rollen laufen mit der Geschwindigkeit des auflaufenden Drahtes
mit, erfahren also keine relative Bewegung in Umfangsrichtung gegenüber der Isolation
der auflaufenden Windung 13, gegen die sie drücken. Sie werden in einer in Umfangsrichtung
feststehenden Halterung geführt, deren Achsen mit 8' und 9' gekennzeichnet sind.
Diese Achsen sind in dem Klotz 16 befestigt. Dabei können, wie weiter oben ausgeführt,
die Achsen 8' und 9' so verstellt werden, daß sie senkrecht zur Wickelzylinderoberfläche
verlaufen.
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Mit dem Klotz 16 ist nun ein an den Berührungsflächen 21 verschiebbares
Halterungsseil 17' für ein weiteres Druckelement 20, das als Abtastrolle ausgebildet
ist, befestigt, welches nach Entfernen des Preßspanstreifens den Abstand 22 der
Rollen 8 und 9 vom Wickelzylinder bzw. der Windungsunterlage 1 gewährleistet. Die
Abtastrolle 20 stellt also eine zu den zwei axialen Druckelementen 8 und 9 um 900
gedrehte, in gleicher Weise wie 8 und 9 mitlaufende und gehalterte Rolle dar, die
den auflaufenden Draht radial gegen den Wickelzylinder 1 drückt und so durch Verstellen
von Schrauben einstellbar ist, daß die Rollen 8 und 9 mit ihren an den Wickelzylinder
1 angrenzenden Enden stets einen konstanten, möglichst kleinen Abstand vom Wickelzylinder
1 aufweisen.
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Man erkennt die Wirkungsweise der Vorrichtung nach der Erfindung
ebenfalls aus F i g. 2, welche die Ansicht auf die Wickelvorrichtung F i g. 1 von
oben wiedergibt. Dabei sind die zum Verständnis nicht erforderlichen Teile weggelassen.
Die radial anpressende Abtastrolle 20, deren Achse strichpunktiert eingezeichnet
ist, drückt nur gegen die schon angepreßte Wickellage 14, nicht aber gegen die auflaufende
Windung 13. Eine andere Ausführungsart zeigt F i g. 3, bei der die radial anpressende
Abtastrolle 20 die auflaufende Windung 13 noch überdeckt.
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In dieser Ausführung wird die Abtastrolle 20 durch die Feder 5', die
auf den Gelenkarmteilen 5 angebracht und durch den Bund 5" noch oben festgelegt
ist, gegen die zu pressende Wicklung gedrückt.
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In den Beispielen ist die Abtastrolle 20 immer so gezeichnet, daß
ihre Achse an einer Umfangsstelle in der Mitte zwischen den Umfangsstellen liegt,
an denen die Achsen 8' und 9' angeordnet sind. Damit justiert die Abtastrolle 20
die Rollen 8 und 9 gleichmäßig auf den Abstand 22.
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In F i g. 4 ist schließlich eine ähnliche Anordnung in einer anderen
Ansicht dargestellt. Der Betrachter schaut von der Seite der auflaufenden Windung
13 her in Richtung Wicklungsachse auf die Anpreßvorrichtung. Hier sind die Achsen
8' und 9' in Klötzen 16 und 17 gelagert, welche um eine Achse 16' schwenkbar und
so einstellbar sind, daß die Achsen 8' und 9' senkrecht zur Oberfläche des Wikkelzylinders
bzw. derWicklungsunterlage 1 verlaufen.
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Während die Fig. 1 bis 4 Beispiele darstellen, bei denen sämtliche
Druckelemente als Rollen ausgebildet sind, stellt Fig. 5 ein Beispiel dar, bei dem
die Druckelemente 8, 9 Teile einer Gliedkette sind.
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Es kann an Stelle einer Gliedkette auch ein endloses Band verwendet
werden. Durch flexible Ausführung des Bandes bzw. durch entsprechendes Spiel bei
Kettengliedern wird es möglich, daß sich jeweils die mitlaufende Fläche senkrecht
zum Wickelzylinder bzw. zur Windungsunterlage 1 einstellt, so daß auch kleinere
Durchmesser gewickelt werden kön-
nen. Die in Pfeilrichtung auflaufende Windung 13
wird zuerst vom Druckelement 8 desjenigen Gliedes axial gegen die schon aufgewickelten
Windungen 14 angepreßt, das gerade über das Zahnrad mit der Achse 8' gelaufen ist,
während das Glied mit dem Druckelement 9 am anderen Ende der Kette den auflaufenden
Leiter 13 am Zurückfedern hindert. In Fig. 6 ist zum Vergleich eine entsprechende
Darstellung mit zwei Rollen, wie sie bisher beschrieben wurde, wiedergegeben. In
den Fig. 7 bzw. 8 sind die Schnitte A-B und C-D zur näheren Erläuterung von Einzelheiten,
wie etwa der Gleitlager u. dgl., dargestellt. Hierbei sind als Leiterquerschnitte
für die auflaufenden Windungen 13 sogenannte Drilleiter, die aus mehreren Teilleitern
zusammengesetzt sind, eingezeichnet.
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Wie aus den dargestellten Beispielen hervorgeht, können die Druckelemente
8, 9 und 20 die Form von Rollen haben (siehe F i g. 1 bis 4) oder die Form von Gliedketten,
wie in F i g. 5 für die Druckelemente 8 und 9 angenommen. Es können aber auch die
radial wirkenden Druckelemente 20 in Form von Gliedketten, endlosen Bändern u. dgl.
ausgebildet sein. Zum Einstellen der mitlaufenden Flächen können deren Halterungen,
wie in Fig. 1 beschrieben, verstellbar sein, indem die Achsen 8' und 9' gedreht
werden oder indem die Klötze 16 und 17 (F i g. 4) gegeneinander verdreht werden,
so daß die Druckelemente 8 und 9 senkrecht zu den Wickelflächen stehen, denen sie
zugekehrt sind. Aus den Fig. 1, 3 und 4 ist auch erkennbar, daß die Druckelemente
8 und 9 in radialer Richtung zweckmäßig in mehrere unabhängig voneinander bewegliche
Teilrollen, Teilketten, Teilbänder od. dgl. aufgeteilt sind, so daß die radial außenliegenden
Teilflächen sich wie die entsprechenden anzupressenden Leiterteile der auflaufenden
Windung 13 schneller bewegen als die inneren; z. B. sind in F i g. 1 jeweils fünf
Rollen 8 bzw. 9 übereinander oder in Fig. 3 und 4 jeweils zwei übereinanderliegende
Rollen 8 und 9 angeordnet. Diese übereinanderliegenden Rollen können sich mit verschiedener
Geschwindigkeit um ihre Achsen 8' und 9' drehen.
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Eine entsprechend der Erfindung ausgeführte Vorrichtung ermöglicht
sowohl das selbsttätige Führen und Aufwickeln als auch das radiale und axiale Anpressen
der auflaufenden Windung. Sie ist so universell ausgebildet, daß sie sowohl für
kleine als auch für extrem große Querschnitte, für massive Leiter, Drilleiter oder
Drahtseile verwendbar ist. Sie ermöglicht über sämtliche Windungen einen durchgehend
gleichen axialen und radialen Anpreßdruck und damit einen mechanisch festen Aufbau
der Wicklung, wie er bei den bisherigen Wickelmethoden von Hand bei weitem nicht
erreicht werden kann.
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Sie erlaubt schließlich, mit extrem hohen Wickelgeschwindigkeiten
zu arbeiten und gestattet es, weitgehend auf den manuellen Einsatz von Bedienungspersonal
zu verzichten.