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Verfahren zur Herstellung einer elektromagnetischen Vor-
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richtung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer
elektromagnetischen Vorrichtung mit einem eine doppellagige Wickluna enthaltenden
Lamellenkern, welcher aus zwei Lamellenpaketen besteht, von denen das eine die erste
Wicklungslage und das andere die zweite Wicklungslage aufnimmt, bei welchem die
Leiter der beiden Wicklungslagen durch Stirnverbinder an den Stirnseiten des Lamellenkernes
miteinander verbunden werden, sowie eine nach diesem Verfahren hergestellte Vorrichtung.
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Bei der Herstellung bestimmter elektromagnetischer Vorrichtungen werden
die Leiter der elektrischen Wicklung in dem elektromagnetischen Kern selbst untergebracht
und durch Stirnverbinder an den Stirnseiten des Kernes miteinander verbunden. Wegen
der erforderlichen Anschlußfolge der Leiter haben die Stirnverbinder, die sich in
Umfangsrichtung über einen erheblichen Winkelbereich erstrecken müssen, einen relativ
komplizierten Aufbau und eine komplizierte Verlegung. Es ist bekannt, die Stirnverbinder
zu vereinfachen (DE-PS 590 949), indem sie als bogenförmige Streifen ausgebildet
sind, die an die Leiter angeschlossene, im wesentlichen radialverlaufende Verbindungsstücke
miteinander verbinden. Die Verwendung dieser Konstruktion ist auf eine Einlagenwicklung
für eine Drei-Phasen-Wechselstrom-
maschine beschränkt, und die
Anzahl der Leiter in dem Kern ist in bezug auf die Stirnverbinder begrenzt, die
erfolgreich lediglich in Gruppen untergebracht werden können.
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Ferner sind bogenförmige Stirnverbinder bekannt (FR-PS 1 405 924),
die mehrere Kernschlitze überspannen, wobei die Wicklung aus zwei Lagen besteht,
von denen jede elektrisch von der anderen getrennt ist.
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Bei einer weiteren bekannten Vorrichtung (US-PS 3 761 752) sind die
Leiter der Wicklung schraubenförmig auf einem Haltekörper angebracht und die Stirnverbinder
verbinden benachbarte Leiter in der Wickellage.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetische
Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung zu schaffen,
um die Bildung der Stirnverbinder zu vereinfachen und hinsichtlich der Ausbildung
der Wicklung ein Höchstmaß an Flexibilität zu erreichen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß in jedem
Lamellenpaket benachbarte Lamellen mit gegenseitigem Versatz angeordnet werden,
damit die miteinander zu verbindenden Leiterenden an den Stirnseiten der Lamellenpakete
benachbart sind, und daß nach dem Einbringen der Leiter in die Schlitze der Lamellenpakete
die Stirnverbinder in situ gegossen werden.
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Nach der Erfindung wird ein aus zwei Lamellenpaketen bestehender Kern
verwandt, bei dem die einzelnen Lamellen zum Teil stufenförmig gegeneinander versetzt
sind, so daß die Doppellagenwicklung eine spezielle Form erhält.
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Die erfindungsgemäße elektromagnetische Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet,
daß der Lamellenkern aus einem ersten Lamellenpaket und einem zweiten Lamellenpaket
besteht, von denen jedes die Leiter einer Wickellage enthält, daß die Leiter der
einen Wickellage mit den Leitern cer anderen Wickellage durch in situ gegossene
Stirnverbindungen an den Stirnseiten des Lamellenkerns verbunden sind, und daß jedes
Lamellenpaket Lamellen enthält, die mit ihren Öffnungen stufenweise derart gegeneinander
versetzt sind, daß die Enden der betreffenden Leiter an mindestens einer Stirnseite
der Vorrichtung zusammenliegen.
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Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Figuren einige Ausführungsbeispiele
der Erfindung näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht des Mittelbereichs eines
Lamellenkernes in Form eines Läufers für eine elektrische Gleichstrommaschine, Fig.
2 zeigt eine Teilansicht der Stirnseite des Läufers nach Fig. 1, teilweise geschnitten,
wobei der andere Stirnseitenbereich in gleicher Weise ausgebildet ist, Fig. 3 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer Einzelheit und verdeutlicht die Verbindung der
stirnseitigen Windungsenden bei dem Läufer nach Fig. 2, Fig. 4 zeigt eine schematische
Stirnansicht eines Lamellenkernes zum besseren Verständnis alternativer Leiteranordnungen,
Fig. 5 zeigt eine Abwicklung entlang der Linie I-I von Fig. 4 zur Verdeutlichung
eines Teiles einer ersten Schleifenwicklung, Fig. 6 zeigt eine Abwicklung entlang
der Linie I-I der Fig. 4 zur Verdeutlichung eines Teiles einer ersten Wellenwicklung,
Fig. 7 zeigt eine Abwicklung entlang der Linie I-I von Fig. 4 zur Verdeutlichung
eines Teiles einer zweiten Schleifenwicklung, Fig. 8 zeigt eine Abwicklung entlang
der Linie I-I von Fig. 4 zur Verdeutlichung eines Teiles einer zweiten Wellenwicklung,
Fig.
9 zeigt eine Abwicklung entlang der Linie I-I von Fig. 4 zur Verdeutlichung eines
Teiles einer dritten Wellenwicklung, Fig. 10 zeigt einen Läufer mit dem Lamellenkern
von Fig. 9, wobei der Lamellenkern entlang eines Schnittes nach der Linie ABCDE
von Fig. 9 geschnitten ist, Fig. 11 zeigt einen Detailschnitt zur Verdeutlichung
einer Ausführungsform eines Kommutators für einen Läufer, Fig. 12 zeigt einen Schnitt
durch eine andere Ausführungsform der Einzelheit nach Fig. 11, und Fig. 13 zeigt
eine bevorzugte Form der Lamellenöffnungen des Kernes.
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Der Läufer eines elektrischen Gleichstrommotors enthält einen mit
einer Rotorwelle verbundenen Lamellenkern, der, wie Fig. 1 zeigt, einen Mittelbereich
10 aufweist, dessen Länge ungefähr gleich der Pollänge des Motors ist. Der Lamellenkern
besteht aus koaxial angeordneten Paketen innerer Lamellen 11 und äußerer Lamellen
12. Diese Pakete sind durch eine Schicht aus isolierendem Material 14, vorzugsweise
aus Tonerde (alumina) gegeneinander isoliert. Das innere Lamellenpaket 11 weist
eine Mittelöffnung 13 zur Befestigung dieses Lamellenpaketes an der (nicht dargestellten)
Rotorwelle auf. Das innere und das äußere Lamellenpaket 11 und 12 sind ringförmig
ausgebildet und die beiden Lamellenpakete haben Öffnungen 15, 16, die umfangsmäßig
verteilt angeordnet sind. Die Öffnungen 15, 16 sind
wie noch erläutert
wird, so angeordnet, daß sie bei zusammengebautem Kern Schlitze zur Aufnahme einer
Doppellagenwicklung bilden. Dabei wird eine Wicklungslage von dem Lamellenpaket
11 und die andere Wicklungslage von dem Lamellenpaket 12 aufgenommen.
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Wie Fig. 1 zeigt, sind sowohl die Lamellen des inneren Paketes 11
als auch diejenigen des äußeren Paketes 12 jeweils mit Fluchtungselementen in Form
von Nuten 17, 18 versehen, die beim Zusammenbau des Lamellenkerns die richtige Positionierung
der Öffnungen 15 und 16 ermöglichen. In dem Mittelbereich 10 des Lamellenkerns befinden
sich die Offnungen 15, 16 in gegenseitiger Ausrichtung und sie haben eine annähernd
gleiche Querschnittsfläche.
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In Fig. 2 bestehen die Stirnbereiche 20 (von denen nur einer dargestellt
ist) des Kernes aus derselben Art von Lamellen 11 und 12 wie in Fig. 1. Sie können
jedoch auch aus Lamellen bestehen, die bei 15 und 16 größere Öffnungen haben als
im Mittelbereich 10, da eventuell keine Notwendigkeit besteht, den magnetischen
Fluß durch die Lamellen der Endbereiche zu führen. In dem Endbereich 20 des Lamellenkernes
sind die Öffnungen 15, 16 nicht zueinander ausgerichtet, sondern gegenüber den Lamellen
des Mittelbereichs 10 des Kernes versetzt oder verdreht, und die Lamellen 11 sind
in der einen Umfangsrichtung versetzt, während die Lamellen 12 in der entgegengesetzten
Umfangsrichtung versetzt sind.
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Der Versatz- oder Verschiebungswinkel hängt von der Art der für den
Läufer benötigten Wicklung und der Polteilung des Stators ab, jedoch sind die Versatzpositionen
der Leiterschlitze für die oberen und die unteren Leiter, die miteinander verbunden
werden müssen, einander benachbart. Der
Versatz erfolgt durch Führungsmittel,
die in die Nuten 17, 18 eingreifen. Nachdem die Lamellen der Lamellenpakete 11 und
12 in die gewünschte Position gebracht worden sind, werden sie auf bekannte Weise
zur Bildung eines festen Kernes miteinander verbunden. Alternativ können die Lamellen
auch in einer Halterung festgehalten werden, die nach dem Einsetzen der Leiter in
die Schlitze entfernt wird. Nachdem die Lamellen positioniert worden und zu einem
Kern miteinander verbunden sind, werden die Innenflächen der von den Öffnungen 15
und 16 gebildeten Leiterschlitze mit Isoliermaterial beschichtet und anschließend
die Leiter in die Schlitze eingepaßt. In die Schlitze kann zur Bildung der Leiter
Aluminium oder ein anderes Leitermaterial eingegossen werden. Während des Gießvorganges
werden an die stirnseitigen Enden des Kernes (nicht dargestellte) abnehmbare Formen
angesetzt, so daß die Enden benachbarter oberer und unterer Leiter durch Wicklungsenden
19 verbunden werden, die in den Formen hergestellt werden. Alternativ kann auch
ein geeignetes Material, wie Kupfer, in fester Form durch die Leiterschlitze hindurchgetrieben
werden, wobei die Stirnverbindungen anschließend in der oben beschriebenen Weise
im Gießverfahren erzeugt werden. Die Stirnverbindungen 19 an einer Seite des Kernes
können anschließend bearbeitet werden, um einen Kommutator oder einen Kommutatoranschluß
für den Gleichstrommotor zu erzeugen. Anschließend wird die Baugruppe aus dem Lamellenkern
mit der fertiggestellten Wicklung in bekannter Weise an der Welle montiert, wobei
zusätzlich durch eine Isolationsschicht 40 (Fig. 10) eine Isolierung gegenüber der
Welle erfolgen kann.
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In Fig. 3 sind die nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellten
Stirnverbinder dargestellt. Die Stirnverbinder 19 können eine gewisse axiale Länge
haben, um als Kühl-
flügel für den Motor zu wirken.
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Fig. 4 zeigt ebenfalls eine Stirnansicht des Lamellenkerns, wobei
die Öffnungen 15 und 16 in ausgezogenen Linien in der an der Linie A-B in Fig. 10
eingenommenen Position, d.h. im Mittelbereich 10 des Kerns, dargestellt sind, wogegen
die Öffnungen in dem Endbereich 20 die gestrichelt eingezeichneten Positionen einnehmen.
In dem Endbereich ist also der Winkelabstand der Öffnungen durch den oben erläuterten
Versatzeffekt der Lamellen auf Null reduziert worden.
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In den Fig. 5 und 7 sind die Lamellen über die gesamte Kernlänge so
gegeneinander versetzt, daß sie Schlitze bilden, die für Schleifenwicklungen geeignet
sind. Die rechtsseitig dargestellten Stirnverbinder sind an einen Kommutator angeschlossen.
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In den Fig. 6 und 8 sind die Lamellen ebenfalls über die gesamte Kernlänge
versetzt, jedoch so, daß die von den Offnungen gebildeten Schlitze zur Bildung von
Wellenwicklungen geeignet sind.
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In Fig. 9 verlaufen der obere und der untere Schlitz im Mittelbereich
10 parallel und nur in den End- oder Stirnbereichen 20 sind die Lamellen zur Bildung
einer Wellenwicklung gestaffelt gegeneinander versetzt.
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In Fig. 10 ist ein konventioneller Kommutator 21 bei 24 axial an die
Stirnverbinder 19 des Kernes nach Fig. 9 angeschlossen.
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In Fig. 11 ist ein Flächenkommutator 22 an den Stirnverbindern
19
befestigt, so daß er sich für Bürsten eignet, die axial gegen die Stirnfläche drücken.
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In Fig. 12 ist ein Kommutator 22 an dem Stirnbereich 20 des Lamellenkerns
im Anschluß an eine Bearbeitung befestigt, bei der der Leiter unter Entfernung eines
Teiles der Lamellenstruktur entfernt wurde. Bei diesem Kommutator können daher die
Segmente in bezug auf die Läuferachse abgeschrägt sein.
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In den Fig. 10, 11 und 12 sind die Kommutatoren entweder durch mechanischen
Druck oder durch andere bekannte Mittel, wie Elektronenstrahlschweißung, mit dem
Läufer verbunden, und die Kommutatoren bestehen aus einem anderen Material als dem
Metall des Leiters. Es können auch mehr als ein Kommutator an derselben Wicklung
befestigt werden.
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In Fig. 13 ist eine Form der Öffnungen 15 und 16 in den Lamellenpaketen
11 und 12 dargestellt. Die Öffnungen haben im wesentlichen gleichgroße Querschnittsflächen,
jedoch unterschiedliche Querschnittsformen. Die Öffnungen 15 sind in radialer Richtung
länglich und durch Stege des Lamellenmaterials mit im wesentlichen konstanter Breite
voneinander getrennt.
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In bestimmten Fällen kann es vorteilhaft sein, einen Teil der Außenfläche
an allen Abschnitten des Läufers bis hin zur Linie 30 abzutragen, um die Läufereigenschaften
zu verbessern. In solchen Fällen sind die Öffnungen 16 profiliert, um die Leiter
in ihnen radial festzuhalten. Eine mögliche Ausführungsform einer solchen Profilgebung
ist mit den Nuten 31 in Fig. 13 angegeben.
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Das Gießen der Wicklung kann im Schleudergußverfahren, im Schwerkraft-Spritzgußverfahren,
im Druckgußverfahren oder durch porenfreies Spritzgießen (bei dem die Form vor dem
Ausgießen mit einem reaktiven Gas, wie Sauerstoff, gefüllt wird), erfolgen.
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Die Stirnbereiche des Kernes können aus Lamellen aus feuerfestem Material
bestehen, in das geeignete Öffnungen eingeformt sind.
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Obwohl in der obigen Beschreibung Kerne erläutert worden sind, die
für Gleichstrommotoren mit Wellenwicklungen und mit Schleifenwicklungen geeignet
sind, ist die Erfindung gleichermaßen auch für Gleichstromgeneratoren mit Wellenwicklungen
oder Schleifenwicklungen, für Kerne mit magnetischen Gleichstromspulen, Wechselstrom-Synchronmotoren
mit ausgeprägten Polen sowie für Kerne für Gleitring-Induktionsmotore anwendbar.
Ferner können Wicklungen in Schlitzen von Kernen gegossen werden, deren Form geradlinig
oder radial ist, im Gegensatz zur oben beschriebenen Zylinderform des Läufers. Auf
diese Weise ist die Herstellung von Radial- oder Linearmotoren oder entsprechenden
Generatoren nach dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich.
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