DE2019983A1

DE2019983A1 - Drahtwickelstueck und Verfahren zur Herstellung einer Arbeitsflaeche desselben

Info

Publication number: DE2019983A1
Application number: DE19702019983
Authority: DE
Inventors: Baker William J; Hurst Richard J
Original assignee: Gardner Denver Inc
Current assignee: Cooper Industries LLC
Priority date: 1969-05-29
Filing date: 1970-04-24
Publication date: 1970-12-17
Also published as: DE2019983B2; US3625262A; DE2019983C3; GB1250255A

Description

Dr, Λ. Menfzel DipUng. V^. Dahlke

Patentanwälte Refrath bei Köln Frankenforsf 137

22. April 1970 W/ho ■

GARDHER-DENVER COMPANY Quincy, Illinois (V.St.A.)

"Drahtwickelstück und Verfahren zur Herstellung einer Arbeitsfläche desselben"

Die Erfindung betrifft ein Drehstüok zum Wickeln, von Leitungsdraht um eine Klemme in Schraubengängen, zur Herstellung elektrieoher Verbindungen,

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Leitungs-Wicke!werkzeuge umfassen, allgemein, ein Wickelstück, das mit einem Drehmotor verbunden, ist und in. einer umgebenden feststehenden Hülse gelagert ist. Das Wickelstück ist normalerweise mit einer Längsbohrung zur Aufnahme einer elektrischen. Klemme und mit einer radial versetzten Hut zur Aufnahme eines abgestreiften Endes eines Drahtes versehen, der um die Klemme bei Drehung des Wickelstücks aufgewickelt werden soll.

Bekannte Leitungs-Wickelstücke umfassen. Ausführungen, die Flächen, haben, die auf die außen!iegende Stirnseite des Wickelstücks gerichtet sind und die Teile des Leitungsdrahtes radial nach innen, auf die Klemme mit der Vornahme des Wickeins drücken. Der dabei auftretende Auflaufeffekt fördert die elektrische und mechanische Geschlossenheit der Verbindung in den verschiedensten Weisen. Bekannte Leitungs-Wickelstücke, die schräge Auflaufflächen, haben, sind aus den. US-Patentschriften 2 758 797 und 3 078 052 bekannt. Das eine aus einer dieser Patentschriften bekannte Leitungs-Wickelstück sieht eine wendeiförmige geneigte Fläche vor, um das Ende des Drahtes auflaufen zu lassen, und das aus der anderen Patentschrift bekannte Wickelstück sieht eine geneigte Fläche vor, um Teile jeder Drahtwindung ebenso wie die Endpartie des Drahtes radial und axial auflaufen, zu lassen.

Ein seit langem bekanntes Problem bei Leitungs-Wickelstücken besteht darin, daß kein Wickelstück vorhanden ist, das Maß-

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Schwankungen in der Klemme und im Draht ausgleicht, um für das richtige Maß an. Auflaufwirkung zu sorgen., damit eine Geschlossenheit in den. mechanischen, und elektrischen. Charakteristiken/ der Verbindungen gewährleistet ist. Wie kritisch es ist, für die konstruktiven Notwendigkeiten zu sorgen, damit eine zufriedenstellende gewickelte elektrische Verbindung hergestellt wird_t ist in der US-Patentschrift 2 759 166 abgehandelt worden.

Ein anderes Problem in. der Konstruktion von Wickelstücken. Desteht darin, daß für eine angemessene Kontaktfläche zwischen der Wickelstüekfläche und dem Leiter gesorgt werden muß, so daß die verschleißerzeugenden Drücke- pro Flächeneinheit zwischen der Wickelstüekoherflache und dem Leiter innerhalb vernünftiger Grenzen gehalten werden können. Eine Lösung dieses Problems ist mit einem bereits vorgeschlagenen Wickelstück erfolgt. Dieses vorgeschlagene Wickelstück kompensiert jedoch nicht Maßschwankungen, wie sie bei massengefertigten Klemmen und Leitungsdraht _Λ auftreten. ■

Gemäß der Erfindung ist ein Leitungswickelstück vorgesehen,, das einen Leitungsdraht in sukzessiven Schraubenwindungen um eine Klemme mit gleichermaßen, gut mechanischen und elektrischen Kennzeichen wickelt, und zwar unabhängig von Maßschwankungen, wie man sie normalerweise in massengefertigten Klemmen und Draht antrifft. V

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Die Erfindung sieht ferner ein Wiekelstück vor, das eine Drahtauflauf- und Lagerflache hat, die einen größeren Teil einer Drahtwindung radial nach innen relativ zur Drehachse des Wickelsücks und axial nach vorn von der außenliegenden Stirnseite des Wickelstücks weg auflaufen läßt, um eine ordnungsgemäße gewickelte Verbindung sicherzustellen. Indem der größere Teil einer Drahtwindung in Anlage gelangt und damit gelagert ist, reduziert sich der Druck zwischen dem Wickelstück und dem Draht, und demgemäß verringert sich die seitliche Ausbiegun.g der Klemme.

Die funktionsmäßigen Vorteile der Erfindung werden beim Wickeln mit Hilfe eines Wickelstücks verwirklicht, das eine Auflauffläche hat, die im wesentlichen, die Aufnahmebohrung für die Klemme umgibt und von. der quer- und außenliegenden Stirnfläche des Wickelstücks zur klemmenaufnehmenden Bohrung hin radial nach innen, geneigt ist, derart, daß der Draht auf die Klemme über den größeren Teil der jeweiligen. Windung aufläuft, und zwar unabhängig von MaßSchwankungen in der Klemme und im Querschnitt des Drahtes. Ferner ist die Auflauffläche des Wickelstücks mit einer Schraubensteigung versehen, die im wesentlichen der natürlichen Schraubenform einer Drahtwindung entspricht, um für 'eine verringerte Flächenspannung zwischen der Oberfläche des Wickelstücks und dem Draht zu sorgen und um eine gleichförmige Auflaufwirkung hervorzurufen. Die Erfindung umfaßt ferner eine Drahtführungsfläche, die die Leitungsaufnahmenut und die geneigte Auflauffläche schneidet und dafür sorgt, daß der Draht

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in die günstigste Auflauflage zwischen, dem Rand der Klemme und der Auflaufflache- des Bohrstücks geleitet wird.

Ferner sieht die Erfindung ein Verfahren, zur Herstellung einer schraubenförmig geneigten Fläche an einem Leitungswickelstück vor, indem gleichzeitig für eine relative axiale Bewegung zwischen dem Wickelstück und einem Formwerkzeug und für ein.Drehen des Werkzeugs relativ zum Wickelstück um die Längsachse des letzteren gesorgt wird.

Die Erfindung ist im-nachfolgenden, anhand eines Ausführungsbeispilels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind:

Fig. Ί eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Werkzeuges mit einem Wickelstück gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Endansicht in. Querrichtung auf das LeitungswickeIstück gemäß der Erfindung,

Fig. 3 ein. Schnitt an der Linie 3-3 der Fig. 2,

Flg. 4 ein Längsschnitt an der Linie 4-4 der Fig. 2, mit sich in der Arbeitsstellung befindlicher Klemme, wobei gezeigt ist, wie die schrauberr-

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förmige Auflauffläohe eine Drahtwindung lagert,

Fig. 5 ein längsschnitt als Einzelheit durch das Wickelstück, wobei gezeigt ist, wie die Drahtauflauffläche Unterschiede in den Abmessungen der Klemme kompensiert,

Fig. 6 eine Endansicht in Querrichtung auf das Wickelstück beim Aufwickeln eines Leitungsdrahtes auf eine quadratische Klemme,

Fig. 7 ein Schnitt an der Linie 7-7 der Fig. 6 und

Fig. 8 ein Schnitt an der Linie 8-8 der Fig. 2, wobei ein spanabhenbdes Werkzeug in einer Lage gezeigt ist, in der die Auflauffläche des Wickelstücks hergestellt wird.

Die Erfindung eignet sich zur Verwendung in Verbindung mit einei Vielzahl von Werkzeugen, die zur Herstellung lötfreier gewickelter elektrischer Verbindungen verwendet werden, und dazu gehören sowohl Handmaschinen als auch Automaten. Eine tragbare Leibungs-Wickelmasohine ist in Fig. I gezeigt. Das hier gezeigte Werkzeug 10 umfaub ein Gehäuse 12 und einen. Griff 14· Im Gehäuse -12 isL ein geeigneter Motor untergebracht, der dann läuft,

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wenn der Drücker 16 eingedrückt wird. Das vordere Ende des Werkzeuges umfaßt eine Hülse 18, die am vorderen. Ende des Gehäuses 12 angebracht ist und mittels einer Mutter 20 daran befestigt ist. Die Hülse 18 umfaßt eine feststehende Gewindemuffe 22, die dazu dient, eine langgestreckte Hülse 24 abnehmbar zu befestigen/Die Hülse 24 dient dazu, ein Leitungswickelstück 26 axial festzuhalten und drehbar zu lagern, wobei das WickelsiHck vorzugsweise aus härtungsfähigem Stahl hergestellt ist und «: ne außenliegende Stirnfläche 28 aufweist, die am entfernten Ende der Hülse 24 liegt. Das Wickelstück 26 umfaßt einen einstückigen Scliaft 30 mit einer Partie, die drehfest mit einer drehbaren Spindel 32 über einen. Querstift 34 verbunden ist. Die Spindel 32 wird vom Werkzeugmotor in Drehung versetzt, so daß das Wickelstück 26 innerhalb der feststehenden Lagerhülse.24 gedreht wird. In bekannter Weise wickelt das Leitungswickelstück 26 das abgestreifte Ende eines flexiblen, elektrischen Leitungsdrahtes fest um einen metallischen Stift oder um eine metallische Klemme in .einer Anazhl von Schraubenwindungen, um eine lötfreie % elektrische Verbindung herzustellen. Die besondere geometrische Ausgestaltung der freiliegenden Stirnfläche des Wickelstücks und der Flächen in der Nähe derselben wird im nachfolgenden erläutert .

Gemäß Pig. 2 mündet eine in der Mitte liegende zylindrische Bohrung 36 in der quer- und außenliegenden Stirnseite 28 des Winkelstücks 26. Sie dient zur Aufnahme einer Klemme 38 mit einem im

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wesentlichen quadratischen Querschnitt (Fig. 6). Die Bohrung erstreckt sich ausreichend tief in das Wickelstück 26, um eine ausreichende Länge der Klemme aufnehmen zu können, damit eine Anzahl von Windungen des Leitungsdrahtes auf diese aufgeweickelt werden können» Oberhalb der Bohrung 36 befindet sich eine Leitungs-Auflauf- und Lagerfläche 40, die die außenliegende Stirnfläche 28 des Wickelstücks schneidet und radial nach innen relativ zur Längsachse 42 von der Stirnseite 28 aus zur Schnittstelle mit der Bohrung 36 zur Aufnahme der Klemme geneigt ist. Gemäß der Darstellung in. Figo 2 ist die Fläche 40 so ausgebildet, daß sie eine schraubenförmige Steigung nach rechts um die Bohrung 36 herum hat.. D.h., ein. Punkt, der einen konstanten. Ab- . ■ stand von. der Längsachse 42 des Wickelstücks 26 hat und auf der Fläche 40 liegt, durchläuft einen schrauben!inienförmigen Weg relativ zur Achse, wenn er nach rechts gedreht wird.

Zur Stirnseite 28 öffnet ferner eine Nut 44 zur Aufnahme des Leitungsdrahtes. Die Nut bildet einen rechteckigen Schlitz 46, der in der Nähe des Umfangs des Wickelstücks in Längsrichtung vorgesehen ist und von der Innenwand 48 der feststehenden Lagerhülse 24 geschlossen ist (Fig. 6). Eine vergrößerte runde Senkpartie 50 der drahtaufnehmenden Nut 44 (Fig. 7) ist zur Aufnahme eines Teils der Isolierung des Leitungsdrahtes vorgesehen, wenn eine Wickelverbindung hergestellt werden soll_f die eine isolierte Partie hat.

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Gemäß der Darstellung in Pig. 2 und 3 weist das Wickelstück 26 ferner eine drahtführende Flächenanordnung 52 auf, die die Drahtauflauffläche 40 und die Drahtaufnahmenut 44 schneidet. Die Führungsfläche 52 ist axial relativ zur Längsachse 42 des Wickelstücks (Fig. 3) von der Schnittstelle mit der Auflauffläche 40 zur Nut 44 geneigt. Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, .ist d±e Schnittstelle der Fläche 52 mit der Nut 44 durch einen Radius R bestimmt, über den hinweg ein Leitungsdraht gebogen wird, wan- ä rend er aus der Nut 44 an. der Fläche 52 in. die Auflaufstelle bei 54 an der Auflauffläche 40 wandert. Die Längschase der trichterförmigen Fläche 52 entspricht der Linie 3-3 und liegt in einer Ebene parallel zur Längschase 42 des Wickelstücks. Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung der Führungsfläche 52 erfolgt mit Hilfe eines Fräsers. Eine etwa U-förmige Ausnehmung 58 umschließt die leitungsaufnehmende Nut 44 ^u^d ist so ausgebildet, daß sie ein Prägen erleichtert, im Zuge dessen der Radius R gebildet wird.

Wie bereits erwähnt, hat ein Leitungswickelstück die Aufgabe, eine Anzahl von aneinander anliegenden. Drahtwindungen herzustellen., die fest auf eine Klemme aufzuwickeln sind. Gute Wickelverbindungen, entstehen mit Hilfe von Wickelstücken, bei denen der Draht auf die Klemme aufläuft, anstatt lediglich den Draht um die Klemme herumzuziehen. In der Fig. 6 und 7 gezeigten Darstellung sind etwa zwei Windungen des Drahtes 0 auf die Klemme 38 aufgewickelt. Wenn man jedoch mit dem Wickeln, beginnt, wird das

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abgestreifte Ende 60 des Leitungsdrahtes in. die Wut 44 eingeschoben, und der Draht wird in. die Kerbe 62 der feststehenden Hülse 24 gelegt (Jig. 6). Normalerweise erstreckt sich der isolierte Bereich 64 des Drahtes G bis unmittelbar in. die Kerbe hinein. Das Werkzeug 10 wird dann über die Klemme 38 geschoben, wobei sich die Klemme in die Bohrung 36 erstreckt, wie das in. Fig. 7 gezeigt ist. Mit relativ zur Hülse 24 an. der Kerbe 62 fe festgehaltenem Draht C wird das Werkzeug eingeschaltet, um das Wickelstück 26 in die Richtung des Pfeils zu drehen, der in Pig. 6 gezeigt ist. Am Beginn des Wickelvorgangs wird der Leitungsdraht aus der Wut 44 gezogen, und durch die trichterförmige Führungsfläche 52 zu einer Stelle zwis'-.ien der Auf lauffläche und der Ecke 66 der Klemme 38 geführt (Fig. 6), wodurch der Draht an der Fläche 40 in Kontakt mit der Klemme aufläuft. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, dringt die Ecke 66 der Klemme in Wirklichkeit in den Draht C ein, um eine angemessen, elektrische Kontaktfläche und eine gasdichte Verbindung herzustellen. Eine weitere Drehung des Wickelstücks 26 bewirkt, daß anschließende Partien der Auflauffläche 40 in Auflauf- und Lagerkontakt mit dem Draht G gelangen, um eine Anzahl von Schraubenwindungen zu wickeln.

Ein besonderer Vorteil des Wickelstücks 26 entsteht dadurch, daß die schraubenlinienförmig geneigte Auflauf- und Lagerfläche 40 vorgesehen, ist, die kompressiv den größeren Teil einer Drahtwicklung umschließt, so daß der Draht kontinuierlich und im we-

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sentlichen gleichförmig radial nach innen, gegen, die Klemme 38 und axial gegen die vorangegangene Windung gedrückt wird, um eine Verbindung mit überlegenen mechanischen un.d elektrischen. Eigenschaften, herzustellen. Wie aus Pig. 4 zu ersehen ist, sorgt die Auflauffläche dadurch, daß sie mit einer schrauben.lin.ienförinigen Steigung versehen, ist, die im wesen.tlich.en der natürlichen. ; Steigung einer Drahtwindung 68 entspricht, für eine kcr¹·;!"..;. 3rliche und gleichmäßige Kraftausübung auf den Draht, wie das | durch die Kräftevektoren 70 gezeigt ist, deren, axiale und radiale Komponenten dargestellt sind. Indem für eine Abstützung über den. größeren Teil des Umfanges einer Drahtwindung gesorgt wird, besteht praktisch, keine Tendenz, daß die Längsachse 42 des Wiekelstücke relativ zur Klemme 38 taumeln, kann, so daß keine Tendenz besteh",, daß die Klemme verbogen wird. Diese Verringerung in den nicht kompensierten Querkräften zwischen, dem Wickelstück und der Klemme wird durch Zusammenfallen der Achse der die Klemme aufnehmenden Bohrung und der Drehachse 42 des Wickelstücks gefördert. ■'-■'■....

Ein Hautpvorteil des Wickelstücks 26 gegenüber bekannten Drahtwickel stücken ist in Fig. 5 gezeigt. Die.geneigte Auflauffläche 40 kompensiert diagonale Maßschwankungen der Klemme, die die radiale Lage der Ecken 66 der Klemme beeinflussen. Wenn man. auf eine Klemme mit Untermaß oder an der zugelassenen unteren Maßgrenze trifft, wird der Leitungsdraht C von der trichterförmigen. Fläche 52 auf die Auflauffläche tiefer in die Ausnehmung ge-

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führt, die durch die Fläche 40 gebildet ist, "bzw. weiter weg von. der querliegenden. Stirnfläche 28, so daß ein. ordnungsgemäßes Auflaufen, auf die Kante 66 derfolgt. Wenn. man. auf eine Klemme 39 trifft, wie sie durch die strichpunktierte linie dargestellt ist, die also die höchst zulässige Diagon.alabmessun.g hat, gelangt der Drah't, der durch den strichpunktierten Kreis angedeutet ist, in einer Auflauffläche an. der Fläche 40 näher an. der querliegenden Stirnseite 28. Für eine Kompensation von MaßSchwankungen, im Drahtdurchmesser ist ebenfalls durch die geometrische Ausgestaltung.der Auflauffläche 40 gesorgt. Nicht nur gleicht die geneigte Auflauffläche 40 MaßSchwankungen, im Draht und in der Klemme aus, sondern die Führungsflache 52 sorgt auch für eine ^Führung des Drahtes auf die Auflauffläche an. verschiedenen Stellen dadurch, daß der Draht die trichterförmige Fläche entweder an einem tiefen oder an einem flachen Punkt in Bezug auf die Konvergenz der Fläche 52 relativ zur Auflauffläche 40 verlassen, kann..

Das Wickelstück 26 ist besonders gut geeignet für Drahtdurchmesser von. 0,25 mm oder weniger, wobei Klemmen. Diagonalabmessungen von 0,75 mm oder weniger haben. In der Herateilung von. Klemmen, und Drähten in dieser Größenordnung auftretende Toleranzen machen einen erheblichen Teil der Gesamtabmessung aus, und das erfin.dungsgemäße Wickelstück sorgt in einwandfreier Weise für einen Ausgleich der Un.vollkommenheiten. in massengefertigten Klemmen und Drähten.

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Wie "bereits erwähnt, neigt sieh die Auflauffläche 40 des Wickelstücks radial nach innen, von der Schnittstelle mit der Stirnseite 28 zur Schnittstelle mit der längst)ohrung 36 zur Aufnahme der Klemme, und die Fläche'40 hat ferner eine sehraubenlinienförmige Steigung relativ zur Längsachse 42 des Wickelstücks. Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung der -Fläche 40 beruht auf der Verwendung eines rotierenden, spanäbhenbenden Werkzeugs 76. Beim Werkzeug 76 kann es sich um einen Fräser ä oder um ein Schleifwerkzeug oder ein sonstiges geeignetes Werkzeug handeln, das mit einer Formfläche 78 versehen, ist. Das Werkzeug 76 ist um-eine Achse 80 herum drehbar und wird von. einem Schaft 82 aus angetrieben.

Beim Formen der Fläche 40 am Wickelstück 26 wird das Werkzeug 76 in eine Stellung gebracht, bei der seine Drehachse 80 in einem bestimmten radialen Abstand r von. der "Längsachse 42 des WickelstückB parallel zu dieser liegt. Das Werkzeug 76 wird ^ dann, in Richtung auf das Wickelstück bewegt, um in. die Stirneeite 28 einzuschneiden und die tiefste Stelle der Fläche 40 zu bilden, die an der Schnittstelle der Fläche 40 mit der trichterförmigen. Führungsfläche 52 liegt (Fig. 2). Bei um seine Achse 80 herumdrehendem Werkzeug 76 wird das Werkzeug konstant um die Achse 52 herum gedreht, wobei die Achse 80 im radialen Abetandr liegt, um gleichzeitig wird es axial relativ zur Stirnfläche 28 bewegt, um die Fläche 40 zu bilden, die eine acfcraubenlinlenförmige Steigung hat, die der natürHcheri Stei-""

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gung einer Drahtwindung entspricht. Umgekehrt kann das Wickelstück um die Achse 80 des Werkzeugs auf einer Kreisbahn umlaufen und axial relativ zur Fläche 78 des Werkzeugs bewegt werden, um die Fläche 40 herzustellen. Das Ergebnis in dem einen wie in dem anderen. Verfahren besteht darin, daß eine Relativbewegung zwischen dem Wickelstück und dem Werkzeug bewirkt wird, die zu der gneigten schrauben!inienförmigen Fläche führt.

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Claims

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Patentansprüche

./Wickelstück zum Wickeln, eines Drahtes um ein.e Klemme in Schraubenwindungen., mit einer Stirnfläche, einer die Klemme ■ aufnehmenden Bohrung in der Stirnfläche und einer zur Stirnfläche hin offenen, draht aufnehmen den. Nut, g e k e η η ze ich η et dur c ti eine schraubenlinienfÖrmig ge- ä neigte Drahtauflauf- und Lagerflache ('4O), die um die die Klenime aufnehmende Bohrung (36) herum zum kompressiven Umschließen des größeren. Teils des XTmfangs einer Drahtwindung (68) angeordnet ist, derart, daß die Drahtwindung radial gegen die Klemme (T) gedruckt wird.

2. Wickelstück nach Anspruch 1, dadurch g e k e η. η ζ e i c h n. e t, daß die schraubenlinienförmig geneigte Dralitauf lauf- und Lagerf lache (40) eine schraubenlinienf örmige Steigung hat, die im wesentlichen, der Steigung einer Drahtwindung entspricht.

3. Wickelstück nach Anspruch 1, g e k e η η ζ e i c h n. e t d u r c h eine Fläche (52), die die drahtaufnehmende Nut (44) und die Drahtauflauf- und Lagerfläche (40) zur Führung des Drahtes in eine Lage schneidet, in der der Draht (G) durch die Auflauffläche (40) auf die Klemme (T) aufläuft.

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4. Wikelstück nach Anspruch, 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtführungsfläche (52) axial relativ zur Längsachse (42) des Wickelstücks von der Schnittstelle mit der Drahtauflauffläche (40) zur Schnittstelle mit der draht aufnehmen den. Nut (44) geneigt ist.

5· Wickelstück nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsflache (52) eine im wesentlichen, trichterförmige Partie bildet, die von der Schnittstelle mit der Nut (44) zur Schnittstelle mit der Auflauffläche (40) konvergiert.

6. Wickelstück nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse der trichterförmigen Fläche (52) in. einer Eben.e liegt, die parallel zur Längsachse (42) des Wickelstücks liegt.

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