DE1589960A1 - Verfahren zur Herstellung von Wicklungen auf einem geschlossenen Kern - Google Patents

Description

PATENTANWALT DIPL. -ING. H. E. Böhmer
703 Böblingen/Württ. , Sindelfinger Str. 49
Fernsprecher (07031) 61 30 40

Böblingen, 20. Juli 1967 at-sch

Anmelderin:

Amtl. Aktenzeichen:

International Business Machines Corporation, Armorik, N. Y. 10 504

Neuanmeldung

Aktenz. der Anmelderin: Docket 14 194

Verfahren zur Herstellung von Wicklungen auf einem geschlossenen Kern

Die Erfindung bezieht eich auf ein Verfahren zur Herstellung von wenigstens einer Wicklung mit mehreren Windungen auf einem geschlossenen Kern. Dieses Verfahrei ist besonders zur Herstellung von Impulstransformatoren, Übertragern, Droeseln und anderen Induktionsspulen geeignet, die einen Ringkern oder einen in eich geschlossenen Kern enthalten.

Bei Impulstraneformatoren bestehen gewöhnlich die Wicklungen auf den Kernen aus einer Anzahl Windungen, die dadurch entstehen, daß ein Draht um den Kern gewickelt wird; bei der Serienfertigung erfolgt dies durch Ringwickelmaschinen. Bei nach dieser Methode hergestellten Wicklungen ergibt sich, dall für den einen oder anderen Impulstransformator etwas mehr oder weniger Draht verwendet wirdt da-

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durch ergeben sich Abweichungen in der elektrischen Charakteristik der Impulstransformatoren zueinander. Diese Unterschiede in den einzelnen Wicklungen sind auf die Toleranzen zurückzuführen, z. B. die Streuungen in den Abständen der Windungen zueinander, des Windungsdurchmessers, der Drahtstärke, des Kerndurchmessers und anderen Einflüssen. Ein Hauptnachteil derartig gefertigter Impulstransformatoren ist jedoch der hohe Herstellungspreis. Ein Impulstransformator kostet wesentlich mehr als ein Transistor oder eine Röhre (siehe Fachbuch "Impulstechnik", Seite 183, von A. P. Speiser).

Aus der amerikanischen Patentschrift 1 936 309 ist ein Verfahren sur Herstellung von Wicklungen für Induktionsspulen bekannt, nach welchem WindungsSegmente, die einen zylindrischen Kern umfassen, aufeinandergeschichtet werden, und daß dann das Ende eines Segmentes mit dem Anfang des darUberliegenden Segmentes verbunden wird. Die deutschen Patentschriften 906 831 und 1 056 272 geben Verfahren zur vereinfachten Herstellung von Induktionsspulen, Drosseln und Transformatoren an, nach welchen die Windungen bzw. Windungssegmente aus gedruckten oder geätzten Schaltungen bestehen, die dann zu Wicklungen zusammengefaltet werden. Diese vorgenannten Verfahren sind nicht bei geschlossenen Kernen, β, B. Ringkernen anwendbar, sondern werden nur für offene Kerne verwendet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftlich günstigeres Herstellungsverfahren für dioden geschlossenen Kern umgebenden Wicklungen bu Bchaffen₍ wobei ein genauer Abstand der Windungen zueinander und der Windungen

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zum Kernkörper gewährleistet und damit eine kleinere Exemplar-Streuung in der elektrischen Charakteristik erzielt wird, als bei dem herkömmlichen Wickelverfahren.

Diese Aufgabe wird erfindungegemäß dadurch gelöst, daß die Windungen aus getrei ten, um den Kern gelegten Drahtstücken bestehen, daß diese Drahtetücke auf der Innen- und Außenseite des Kernes durch Fixier einrichtungen festgehalten werden und daß, abgesehen von den.durch je einen inneren und einen äußeren Drahtschenkt gebildeten Wicklungsanschlüssenjeweils der innere Schenkel eines Drahtstückes mit dem äußeren Schenkel eines zur gleichen Wicklung gehörigen anderen Drahtstückes verbunden wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde ein neues Herstellungeverfahren zur Bewicklung von geschlossenen Transformatorkernen, sogenannten Ringkernen geschaffen. Dieses Verfahren besteht im wesentlichen darin, daß der Ringkern des Impulstransformators gleichmäßig mit einer Anzahl von gebogenen DrahtstÜcken bestückt wird und daß die Enden dieser Drahtstücke jeweile mit den Enden der benachbarten Drahtetücke so miteinander verbunden werden, daß Windungen entstehen und die Summe der Windungen eine Wicklung ergibt. Die Herstellung von auf Ringkernen befindlichen Wicklungen nach dieser Methode ist «ehr schnell, wiri schaftlich und gewährleistet enge Fertigungetoleranzen bei den Abständen Windung EU Windung und Windungen zum Kern.

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Die Wirkungsweise, die Vorteile und die Merkmale dee neuen Her stellung β ver fahrene zur Bewicklung von geschlossenen Kernen werden besser verständlich, an Hand der folgenden Beschreibung und der Abbildungen einer vorzugsweisen Ausführung dieser Erfindung: Herstellung eines ImpulstransformatorB mit Ringkern.

Es ist dargestellt in:

Fig. 1 eine Anzahl von Wickeldrähten, die durch einen Ringkern gefädelt

sind,

Fig. Z die Ausrichtung und Festlegung der Drähte durch einen mit Nuten

versehenen Konus,

Fig. 3 das Abbiegen der Drahtstücke rund um den Ringkern,

Fig. 4 die Anordnung der jetzt U-förmigen Drahtetücke am Ringkern,

Fig. 5 im Prinzip die Fixiereinrichtungen für die inneren und äußeren

Drahtschenkel zur Schränkung der Drahtetücke,

Fig. 6 die Anordnung der Drahtstücke nach der Schränkung,

Fig. 7 das Abschneiden der äußeren Drahtechenkel nach erfolgter Schränkung der Drahtstücke,

Fig. 8 die Abbiegung der inneren Drahtechenkel nach außen,

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Fig. 9 das Abschneiden des überschüssigen Drahtes an den inneren Drahtschenkeln, welche nach außen gebogen wurden,

Fig. 10 und 11 das Verbinden der Enden der verschränkten Drahtstücke durch Schweißung miteinander, so daß komplette Wicklungen entstehen und

Fig. 12 eine Draufsicht der fertigbewickelten Ringkernee.

Nachstehend werden die Einzelheiten der Figuren 1 bis 12 ausführlicher beschrieben. Die Fig. 1 zeigt, daß der zu bewickelnde Ringkern 10 über einer öffnung in del Trageplatte 12 angeordnet ist. Durch die öffnungen in der Trageplatte 12 und dem Ringkern 10 sind eine Anzahl Drähte 16 gefädelt, die nicht isoliert sind und von den unter der Trageplatte 12 befindlichen Drahtrollen 14 abgezogen werden. Die Fig. 1 ist lediglich eine Prinzipdarstellung; zwecke besserer Anschaulichkeit isteine Anzahl von Drähten 16 und Drahtspulen 14 nicht dargestellt. Soll der Ringkern 10 z. B. zwei Wicklungen erhalten, wobei jede Wicklung aus 20 Windungen besteht, dann werden 40 Drähte 16 durch die öffnung des Ringkernee 10 und der Trageplatte 12 gefädelt, welche von 40 Drahtrollen 14 abgezogen werden. Der Ringkern 10 wird vorzugsweise aus isoliertem Material hergestellt, um Kurzschlüsse in den Wicklungen durch die nichtieollerton Dr.thte 16 zu verhindern. E· kann Jedoch auch ein Kern aus leitendem Material verwendet werden, wenn der Kern vor dem Durchfärlein der nichtioollerten Drähte 16 einen überzug aus isolierendem Material erhillt.

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Nachdem die Drähte 16 durch die Öffnung des Ringkernee 10 gefädelt find, folgt ihre gleichmäßige Ausrichtung an der Innenseite dee Ringes (β. hierzu Fig. 2). Ein mit Nuten 22 versehener Konus 18, der einen vorragenden Führung β zapfen hat, wird in die Öffnung des Ringkernee 10 eingeführt; dabei legen sich die Drähte 16 in die Nuten 22 des Konusses 18. Dadurch wird bewirkt, daß alle Drähte 16 im gleichen Abstand zueinander an der Lochwand des Ringkernee 10 fixiert werden. Ein zweiter, ebenfalls mit Nuten 22 versehener Konus 24, in dessen Spitze ein Zapfenlager 26 eingelassen ist, wird mit dem ersten Konus 18 in Verbindung gebracht, wobei dessen Führungszapfen 20 in das Zapfenlager 26 gesteckt wird und diese Anordnung somit als Führung dient. Im Anschluß an die Verbindung der zwei Konusse 18 und 24 wird der Ringkern 10 vom ersten Konus 18 auf den zweiten Konus 24 verschoben, so daß er am Bund 28 anliegt (s. hierzu Fig. 3). Dann werden die Drähte 16 von den Drahtspulen 14 abgeschnitten.

Anschließend erfolgt eine weitere Fixierung der Drahtstücke l(\ am Konus 24 und am Ringkern 10. Bei diesem Fixiervorgang wirkt eine Druckkraft F gleichmäßig auf die Oberfläche des Ringkernes 10; dadurch werden die Drahtstücke 16 in den Nuten 22 des Konusses 24 und an der Innenwandseite der Öffnung des Ringkernes 10 fixiert, außerdem werden die Drahtstücke durch die Druckkraft an der Unterseite des Ringkernes und dem Bund 28 festgehalten. Während der Ringkern 10 durch die Druckkraft F auf die Drahtstücke 16 und den Bund 28 gepreßt wird, bewegen sich in radialer Richtung von außen nach innen zum Ringkorn hin Gleitarm· 30, die An ihrer Stirnseite jeweils eine Nut 32 aufweisen. Die Nuten 32 erfassen

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die überstehenden Drahtschenkel 16; durch die radiale Einwärtebewegung der Gleitarme 30 werden die Drahtschenkel nach oben so abgebogen, daß sie satt an der Außenwand des Ringkernes 10 anliegen. Das Ergebnis am Ende dieses Arbeitsganges ist, daß die Drahtstücke 16 als U-förmige Bügel entsprechend den geforderten Abständen am Umfang des Ringkernee verteilt sind (s. hierzu Fig. 4).

Als nächster Arbeitsschritt erfolgt das Verschränken der U-förmigen Drahtstücke mittels der inneren und äußeren Fixiereinrichtungen (s. hierzu die Fig. 5 und 6). Gemäß den Darstellungen werden durch die in Richtung zum Ringkern geschobenen Gleitarme 30 die äußeren Schenkel der Drahtstücke 16 festgehalten, während der Konus 24 und damit auch der Ringkern eine Verdrehung gegenüber den feststehenden Gleitarmen 30 ausführen. Die Verdrehung des Konueeee 24 und des Ringkernee 10 bewirkt, daß die in den Nuten 22 des Konussee liegenden Drahtschenkel ebenfalls mitverdreht werden gegenüber den feststehenden Draht Schenkeln an der Außenseite des Ringkernes, und daß damit eine Verschränkung bzw. eine Versetzung der Schenkel der Drahtstücke zueinander auftritt (β. hierzu Fig. 6). Aus der Fig. 6 ist zu ersehen, daß in diesem Beispiel eine Verdrehung um solch einen "Winkel erfolgte, daß sich eine Verschränkung bzw. eine Versetzung der inneren zu den äußeren Schenkeln eines Drahtstückee ergibt, welcher zwei Draht-■tück-Poeitlonen entspricht. Diese Veaeuchrflnkung um BweI Drahtitück-Positionen wurde deshalb gewählt, weil zwei Wicklungen auf dem Ringkern 10 erzeugt werden ■ sollen. Selbstverständlich können nach diesem Verfahren auch eine andere Anzahl von Wicklungen auf dem Ringkern erzeugt worden; dabei ist ea erforderlich,

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lediglich den Verdrehungswinkel zu ändern, z. B. wird nur eine Wicklung gefordert, dann werden die Drahtstücke 16 lediglich um eine Drahtetück-Position versetzt; werden dagegen drei Wicklungen gewünscht, dann ist eine Versetzung um drei Drahtstück-Positionen notwendig usw.

Nach dem Abschluß des Arbeitsganges - Verschränkung der Drahtetücke - werden die äußeren Drahtschenkel bündig mit der Oberfläche des Ringkernee abgeschnitten (s. hierzu Fig. 7). Als nächste Arbeitsschritte werden die Inneren Drahtschenkel nach unten abgebogen, so daß sie parallel mit der oberen Ringkernfläche und in radialer Richtung nach außen verlaufen und dabei über den äußeren gekürzten Drahtschenkel zu liegen kommen, welcher um zwei Drahtetück-Positionen versetzt ist. Es kommt somit ein innerer Drahtschenkel nach dem Abbiegen in Verbindung mit einem äußeren Draht schenkel, der zu einem Draht stück gehört, welcher um zwei Positionen versetzt ist.

Die Fig. 9 zeigt, daß jeder abgewinkelte innere Drahtechenkel an der Kante 38 dee Gleitarmee 30 durch das Scherblatt 40 abgetrennt wird. Nach dem Kürzen der inneren Drahtschenkel sind die Drahtstücke so vorbereitet, daß eie ru Windungen und Wicklungen zusammengeschaltet werden können. Diese Verbindung geschieht iweckmäßigerweise durch Schweißung, wie dies in den Figuren 10 und 11 dargestellt ist. Vorteilhaft ist eine elektrische Verschweißung dieser Verbindung β etellen, indem die abgebogenen Drahtschenkel 16 und 16* an ein poeitiv·· Potential und di· mit einer Spitze versehene Schweißelektrode 42 an negative· Potential gelegt wird. Mit

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der Spitze der Schweißelektrode 42 wird kurz der überstehende Drahtschenkel 16' berührt, wobei sich beim Abziehen ein Lichtbogen bildet, der bewirkt, daß die beiden Drahtenden 16' und 16" sich erhitzen und daß das vorstehende Drahtende 16' sich nach unten so abbiegt, daß es auf das Drahtende 16" zu Mögen kommt und mit diesem verschweißt wird (s. Fig. 11). Nach der Verechweißting der beiden Drahtenden 16' und 16" miteinander wird der Lichtbogen selbsttätig unterbrochen, da der Abstand zwischen Schweißstelle und der Spitze der Schweißelektrode 42 so groß geworden ist, daß das vorliegende Potential nickt mehr Suereicht, den Lichtbogen aufrechtzuerhalten. Nach der Verschweißung der einzelnen Verbindungsstellen sind die Wicklungen erstellt und der Ringkern 10 und die Windungen werden zum Schutz mit einer isolierenden Substanz überzogen. Die ' Anschlüsse 44 der Wicklungen bildet man jeweils aus einem inneren und äußeren Schenkel der äußersten Drahtstücke 16 einer Wicklung. Diese Schenkel werden nicht gekürzt und nicht miteinander verschweißt (s. Fig. 12 und auch Fig. 7 Me 11).

Die vorstehend beschriebene Herstellung vom Impuletransformatoren i«t lediglich ein Beispiel für eine vorteilhafte Anwendung dieser Erfindung. Selbstverständlich ist dieses erfundene Verfahren auch auf die Herstellung anderer Transformatoren, Droseeln, Spulen und anderer Bauelemente (s, B. Ringwideratänd· und Potentiometer) zu übertragen, bei denen Wicklungen erforderlich sind.

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1. Verfahren zur Herstellung von wenigstens einer Wicklung mit mehreren Windungen auf einem geschlossenen Kern, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen aus getrennten, um den Kern gelegten Drahtstücken (16) bestehen, daß die Drahtetücke auf der Innen- und Außenseite des Kernes (10) durch Fixiereinrichtungen (18, 22, 24, 28, 30, 32) festgehalten werden und daß, abgesehen von den durch je einen inneren und einen äußeren Drahtschenkel gebildeten Wicklungeanechlüssen jeweils der innere Schenkel eines DrahtetUckes mit dem äußeren Schenkel eines eur gleichen Wicklung gehörigen anderen Draht-

■ stücke· verbunden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu Windungen geformten Drahtetücke (16) diirch eine Verschweißung (42) der Draht schenkelenden (16* und 16") miteinander verbunden werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung von η ineinanderliegenden Wicklungen jeweils.alle η-ten Drahtstücke miteinander verbunden werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3 zur Herstellung wenigstens einer Wicklung auf einem Ringkern, dadurch gekennzeichnet, daß die innere und die äußere ν Fixiereinrichtung nach dem Einfuhren der Drahtetücke (16) soweit gegeneinander verdreht werden· bis dl« inneren Schenkel (16') der Drahtstücke (16) den

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jeweils mit ihnen e>u verbindenden äußeren Schenk-*»!« (l6") radial gegenüberstehen.

5. Anordnung zur Durchführung eines der Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als innere Fixiereinrichtung zwei gegeneinander bewegbare Konusse (18, 24) mit Nuten (22) zur Führung der Drahtstücke (16) vorgesehen sind.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Umbiegen der Drahtetücke (16) um den Ringkern (10) wenigstens auf einem der Konusse (18, 24) ein Bund (28) vorgesehen ist.

7. Anordnung zur Durchführung eines der Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als äußere Fixiervorrichtung für jede Windung ein in radialer Richtung verschiebbarer Greifarm (30) mit einer Nut (32) vorgesehen let und daß die Greifarme die äußeren Schenkel der Drahtstücke erfassen und an den Kern andrücken.

8. Verfahren zur Herstellung von wenigstens einer Wicklung, auf einem Ringkern unter Verwendung der Anordnungen nach den Ansprüchen 5 bis 7, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale:

a) bei η Windungen werden η Drahtstücke (16) durch die öffnung des Kernes (10) gefädelt,

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b) dieee Drahtstücke (16) werden an der Innenseite des Kernes (10) dadurch ausgerichtet, daß sie sich in die Nuten (22) eines Konusses (18) legen, der in die öffnung des Kernes (10) eingeführt wird,

c) anschließend wird ein zweiter mit einem Bund (28) versehener Konus (24) so mit dem Konus (18) zusammengeschoben, so daß der Kern (10) an den Bund (28) angedrückt wird, wodurch die Drahtetücke in radialer Richtung abgewinkelt werden,

d) mit Nuten (32) versehene Grexfarme (30) erfassen, fixieren und biegen diese Drahtstücke (16), so daß sich U-förmige Drahtstücke ergeben, die den Kern (10) teilweise umfassen,

e) durch eine Relatiwerdrehung des Konussee (24) eu den Greifarmen (30) um einen von der Anzahl oder der Gangzahl der Wicklungen abhängigen Winkel erfolgt eine Verschränkung der U-förmigen Drahtetücke, so daß in radialer Richtung die inneren Schenkel eines Drahtetückee einem äußeren Schenkel eines anderen Drahtetückee gegenüberstehen,

f) die inneren Schenkel (16') werden zu den äußeren Schenkein (16") gebogen

und mit diesen verbunden.

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