DE2821740C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Verdichten einer zylindrischen Wicklung eines eisenlosen Läufers einer elektrischen Maschine - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Verdichten einer zylindrischen Wicklung eines eisenlosen Läufers einer elektrischen MaschineInfo
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Description
50
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verdichten einer zylindrischen Wicklung eines eisenlo-Sen
Läufers einer elektrischen Maschine, bei dem zwischen einem radial innerhalb der Wicklung angeordneten
Dorn und einer radial außerhalb der Wicklung angeordneten Außenform wiederholt Druckkräfte auf
die Wicklung ausgeübt werden, sowie auf eine Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens (DE-AS
21466).
Das Verdichten einer zylindrischen Wicklung eines cisenlosen Läufers einer elektrischen Maschine wird
hauptsächlich zu dem Zweck durchgeführt, einen Verbesserten Wirkungsgrad hinsichtlich der erreichbar
ren magnetischen Kraftflußdichte für die mittels eines
Spulenwicklers konventionell gewickelte Wicklung zu erhalten« Weiterhin zielt ein solcher Verdichtungsvorjgang
darauf ab, mit den dabei zwangsläufig stattfindenden Verformungen der einzelnen Drahtwindungen der
Wicklung zu einem unrunden oder vieleckigen Querschnitt, der die einzelnen Windungen unter Ausschluß
von Luftzwischenräumen entsprechend enger aneinander anlegen läßt, eine entsprechend stärkere Verringerung
der radialen Dicke der Wicklung zu erreichen, womit dann der in bezug auf den Eisenrückschlußteil in
solchen elektrischen Maschinen geschaffene Arbeitsluftspalt entsprechend enger toleriert werden kann und
es somit dann möglich ist, die gesamte Baugröße der Maschine zu verkleinern. Solche dünnwandigen Wicklungen
ergeben außerdem eine wesentlich verbesserte Wärmeabfuhr, was beispielsweise für die Kleinstmaschinen
sehr wichtig ist, die in elektrischen Trockenrasiergej
äten verwendet werden.
Aus der DE-AS 10 21466 ist für eine dabei angestrebte Herstellung einer in ihrer Gesamtheit
glockenförmigen Wicklung bekannt, zunächst zylindrisch gewickelte Flachspulen zu etwa rechteckigen
Rahmen so zu verformen, daß sich die Flachspulen an den Rahmenlängsseiten in eine Kreisform legen, um so
aus mehreren derart verformten Rahmen die Zylinderbzw. Glockenform der Wicklung zu erhalten. Beim
Aneinanderfügen der einzelnen Rahmen wird dabei eine erste Verdichtung der Wicklung durchgeführt, die
nachfolgend zur Erzielung der Fertigrraße der Wicklung bei entsprechend höheren Druckkräften mittels
einer oder entsprechend mehreren Vorrichtungen ein- oder mehrfach wiederholt wird, wobei jede dieser
Vorrichtungen eine feststehende Bodenplatte zum Verschließen des einen axialen Endes der Axialbohrung
einer ungeteilten Außenform umfaßt, über deren anderes offenes Ende die auf einen Dorn der
Vorrichtung aufgeschobene Wicklung bis zum Anschlag an die Bodenplatte vorgeschoben wird. Die Durchmesser
des im übrigen mit einem entsprechenden Anschlagbund versehenen Domes einerseits und der
Axialbohrung der Außenform andererseits sind dabei so aufeinander abgestimmt, daß bei dt π letzten Verdichtungsvorgang
die zwischen dem Dorn und der Außenform resp. der Bodenplatte sowohl in radialer als
auch in axialer Richtung wirkenden Druckkräfte das gewünschte Fertigmaß der Wicklung ergeben. Aus der
DE-AS 14 89 900 ist es für einen damit im Prinzip gleichen Aufbau derartiger Vorrichtungen zum Verdichten
einer zylindrischen Wicklung bekannt, noch zusätzlich ein elastisches Druckkissen in einer auf den
Dorn aufgeschobenen Anordnung innerhalb der Axialbohrung der auch dabei ungeteilten Außenform
vorzusehen und über dieses elastische Druckkissen die Druckkräfte mittels eines in der Achse des Domes
verschiebbaren Stempels auf die Wicklung auszuüben. An diesen vorbekannten Formen des Verdichtens einer
zylindrischen Wicklung ist nachteilig, daß es auf Grund von deren eigenelastischem Verhalten vergleichsweise
sehr schwierig ist, eine enger tolerierte ?ylinderform der Wicklung mit nur wenigen aufeinanderfolgenden
Stufen der Verdichtung zu erhalten, und daß für jede Stufe einer Verdichtung eine separate Vorrichtung
bereitgestellt werden muß. um zur Überwindung dieses eigenelastischen Verhaltens der Wicklung dessen
progressiven Abbau mit einer entsprechend allmählich ablaufenden Verringerung der Wanddicke zu erreichen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Verdichten einer zylindrischen Wick·
lung eines eisenlösen Läufers einer elektrischen Maschine sowie eine Vorrichtung zur Ausübung dieses
Verfahrens bereitzustellen, womit es insbesondere für
die Verhältnisse von Kleinsimaschinen möglich ist, auf
wirtschaftlichere Art und Weise das auf engere Toleranzen begrenzte Fertigmaß der fertigen Wicklung
zu erreichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art zur Ausbildung der Druckkräfte der Durchmesser des
Dorns und/oder der Außenfcrm veränderbar ist und vor
jeder neuen Druckeinwirkung auf die Wicklung deren Relativlage zu dem Dorn und der Außenform geändert
wird.
Eint Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens
kann nach der Erfindung mehrere Ausbildungen erfahren. So kann beispielsweise gemäß einem Aspekt
der Erfindung der Dorn und/oder die Außenform mehrteilig ausgebildet sein, wobei dann der Dorn und
die Außenform so dimensioniert sind, daß im drucklosen Zustand der Dorn und die Außenform ein Spiel
gegenüber der Wicklung aufweisen.
Gemäß einer anderen Ausbildung kann aber auch die Außenform sich aus einer Matrize und einem darin
angeordneten elastischen Druckkissen zusammensetzen, für dessen Verformung ein in der Achse des Doms
verschiebbarer Stempel vorgesehen ist Dabei kann es dann für zweckmäßig angesehen werden, daß der Dorn
einen vergrößerten Kopfteil aufweist, durch dessen axiale Bewegung relativ zu der Matrize auf die
Wicklung axiale Druckkräfte ausgeübt werden. Der Kopfteil kann dabei ein von dem Dorn getrenntes und
an dem Stempel federnd abgestütztes Bauteil sein.
Gemäß einer weiteren Alternative einer derartigen Vorrichtung kann auch die Außenform sich aus einer
mehrteiligen Matrize und einer drehbaren Bodenplatte zusammensetzen, oder es kann der Dorn durch ein
elastisches Druckkissen gebildet sein, für dessen Verformung in radialer Richtung auf die Innenfläche der
Wicklung zu ein in der Achse des Dorns verschiebbarer Stempel vorgesehen ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher ι/läutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Längsschnitt einer elektrischen Maschine,
die mit einer nach der Erfindung verdichteten zylindrischen Wicklung ihres eisenlosen Läufers versehen
ist,
Fig. 2 eine Perspektivansicht des eisenlosen Läufers
der elektrischen Maschine gemäß Fig I,
Fig 3 eine Perspektivansicht des eisenlosen Läufers
dieser elektrischen Maschine,
F i g. 4 einen Teilquerschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung, mittels welcher die Wicklung gemäß
F i g. 3 verdichtet werden kann,
Fig. 5 ewie der F i g. 3 entsprechende Perspektivansicht
der Wicklung, nachdem sie mit der in Fig.4 gezeigten Vorrichtung verdichtet worden ist,
F i g. 6 einen Querschnitt der Wicklung gemäß F i g. 5, wobei gleichzeitig die eingekreiste Einzelheit des
Querschnitts in vergrößertem Maßstab dargestellt ist.
Fig. 7 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung
gemäß einer alternativen Ausbildungsform, mittels welcher die Wicklung gemäß F i g. 3 verdichtet werden
kann und
Fig.8 einen Längsschnitt einer Vorrichtung gemäß
einer weiteren alternativen Ausführungsform, mittels welcher ebenfalls die V/icklung gemäß F i g. 3 verdichtet
Werden kann.
Die elektrische Maschine gemäß den Fig. 1 und 2
umfaßt ein Eisenrückscliiußteil 1, das einen Dauermagneten 2 aufnimmt, der mittels eines an seinem Boden
festgeklemmten Isclierstückes 3 gehalten wird. Das Isolierstück 3 weist zwei Lager 4 für dia Welle 5 des
eisenlosen Läufers der Maschine auf, deren zylindrische Wicklung 6 in dem zwischen dem Eisenrückschlußteil 1
und dem Dauermagneten 2 geschaffenen Arbeitsluftspalt angeordnet und an einem an der Welle 5
befestigten Isolierstück 7 angeordnet ist. Auf dem Isolierstück 7 liegen mehrere, durch radial ausgerichtete
Zwischenräume voneinander getrennte Kollektorsegmente 8 auf, die mit dem abisolierten oberen Rand der
Wicklung 6 in stromleitender Berührung gehalten sind und an denen zwei Kotaktbürsten 9 anliegen, die für
ihren Stromanschluß über ein Deckelteil 10 des Eisenrückschlußteils 1 nach außen vorstehen.
Die zylindrische Wicklung 6 wird beispielsweise aus einem mit einer Isolierbeschichtung versehenen Kupferdraht
mittels eines Spulenwicklers in konventioneller Weise in zwei Lagen so gewickelt, daß mit einer zur
Achse der Wicklung schräg ausgerichteten Wicklungsrichtung etwa dreieckförmige Le·'::rf eider gebildet
werden. Die von dem Spulenwiege?· erhalten fertige Wicklung 11 hat eine frei tragende Zylinderform und
zeichnet sich darin aus, daß bei ihr die einzelnen Windungen noch ziemlich lose aneinander liegtn und
praktisch nur eine Linienberührung der isolierenden Ummantelung des Kupferdrahtes aufweisen, so daß
wegen der zwischen den Windungen vorhandenen Luftzwischenräume die gesamte Wicklung 11 entsprechend
voluminös Ut. Eine solche volurrinöse Wicklung
11 kann mithin nicht ohne weiteres für eine Klemstmaschine
der in den F i g. 1 und 2 gezeigten Art verwendet werden, weil sie eine zu große Dimensionierung des
Arbeitsluftspaltes zwischen dem Eisenrückschlußteil 1 und dem Dauermagneten 2 erfordern würde, womit die
Maschine einen schlechten Wirkungsgrad erhält. Die Wicklung 11 wird daher beispielsweise mittels der in
F i g. 4 im Querschnitt gezeigten Vorrichtung verdichtet,
die einen gegenüber dem Innendurchmesse* der Wicklung 11 etwas kleineren Dorn 12 und eine
wenigstens zweiteilige Außenform 13 umfaßt, deren bei·'.: Teile etwa halbzylindrische Auswölbungen 13a
aufweisen, die sich zu einem gegenüber dem Außendurclimesser
der Wicklung 11 etwas größeren Durchmesser ergänzen, so daß im druckloser. Zustand dieser
Außenform 13 zwischen diesen halbzylindrischen Auswölbungen 13a und dem Dorn 12 ein so großer
Zwischenraum besteht, daß die W'cklung 11 in diesen Zwischenraum mit einem entsprechenden Spiel gegenüber
dem Dorn 12 einerseits und den beiden Teilen der Außenform 13 andererseits eingesetzt werden kann.
Zum Verdichten der Wicklung werden dann die beiden Teile der Außenform 13 gegeneinander geschlossen,
wöbe· die Wicklung 11 durch die halbzylinderischen Auswölbungen 13a gegen die Mantelfläche des Domes
12 angedrückt wirJi und es somit auf G,und der ·η
Richtung der in Fig. 4 gezeigten Pfeile wirkenden Druckkräfte, die im wesentlichen radial ausgerichtet
sind, zu dem Verdichten der Wicklung kommt. Dieses Verdichten der Wicklung 11 wird mehrfach wiederholt,
und zwar derart, daß vor jeder neuen Druckeinwirkung auf die Wicklung deren Relativlage zu dem Dorrr 12 und
der Außenform 13 geändert wird, inderii folglich die
wiederholten Druckeinwirkungen auf die Wicklung 11 aus ständig anderen Richtungen wirksam sind und dabei
die beiden Teile der Außenform 13 eine stetige Annäherung an das Fertigmaß des Außendurchmessers
der Wicklung 11 erfahren, deren Innendurchmesser sein Fertigmaß durch den Dorn 12 erhält, erfahren die
einzelnen Windungen der Wicklung II fortschreitend
eine ziemlich gleichmäßige Verformung über den gesamten Querschnitt der Wicklung 11, so daß die am
Ende der Verdichtung erhaltene Wicklung eine ziemlich formstabile Zylinderform aufweist, die ausweislich der
Fig.5 und 6 so dimensioniert ist, daß sie dann ohne
weiteres die Einbauverhältnisse der elektrischen Maschine gemäß den F i g. 1 und 2 erfüllen kann. Aus der in
Fig.6 gezeigten Einzelheit des Querschnitts dieser fertigen Wicklung 11 ist dabei gleichzeitig ersichtlich,
wie die einzelnen Windungen der Wicklung ohne irgendwelche Luftzwischenräume zu einem vieleckigen
Querschnitt verformt und dabei so eng aneinander gelegt sind, daß für die fertige Wicklung eine
Wanddicke von nur beispielsweise 0,7 mm erhalten ist im Vergleich zu einer anfänglichen Wanddicke von
1,1 mm der Wicklung, bevor diese dem Verdichten durch solche wiederholt auf sie ausgeübten Druckkräfte
miitAlo /-I»»· Λ/nrr'mhlima αρΓηϋΠ F t er Λ iintprwnrfpn
wurde. Bevor die fertig verdichtete Wicklung in die Maschine gemäß den Fig.] und 2 eingebaut werden
kann, muB sie noch an ihrem einen Rand abisoliert werden, um die stromleitende Berührung mit den
einzelnen Kollektorsegmenten 8 zu erhalten.
Die Ausübung der wechselnden Druckkräfte auf die Wicklung 11 mittels der Vorrichtung gemäß F i g. 4 kann
beispielsweise dadurch noch effektiver gestaltet werden, daß die Außenform 13 nicht nur in zwei sondern in
eine viel größere Zahl von Teilen unterteilt wird, damit beim Schließen einer solchen mehrteiligen Außenform
an jedem einzelnen Formteil genau radial ausgerichtete Druckkräfte auf einen entsprechenden Teilbereich der
Wicklung ausgeübt werden. Auch der Dorn 12 kann in entsprechender Weise aus mehreren Teilen ausgebildet
werden, die dann beim eigentlichen Verdichtungsvorgang eine gleichmäßige Spreizung erfahren und somit
aktive Druckkräfte gegen die Innenwand der Wicklung 11 ausüben, die den gleichartig aktiven Druckkräften
der einzelnen Formteile der Außenform 13 entgegen wirken.
Eine andere Ausführungsform der Vorrichtung ist in F i g. 7 gezeigt und umfaßt in diesem Fall einen dem
Dorn 12 vergleichbaren Dorn 14 sowie eine Matrize 17. in der ein beispielsweise aus Urethangummi bestehendes
elastisches Druckkissen 16 angeordnet ist. das durch einen in der Achse des Doms 14 verschiebbaren
Stempel 19 verformt werden kann. Der Dorn 14 weist einen vergrößerten Kopfteil 18 auf. der ein von dem
Dorn getrenntes und an dem Stempel 19 federnd abgestütztes Bauteil ist und durch welchen folglich
erreicht werden kann, daß beim Verschieben des
Stempels 19 auf die Wicklung 11 nicht nur radiale Druckkräfte infolge der dabei stattfindenden Verformung
des elastischen Druckkissens 16 sondern zusätzlich auch noch axiale Druckkräfte ausgeübt werden. Die
bei der Verformung des elastischen Druckkissens 16 auf die Wicklung 11 in radialer Richtung einwirkenden
Druckkräfte sind in Fig.7 mit Pfeilen verdeutlicht und
leiten sieh daraus ab, daß der in axialer Richtung wirksame Druck des Stempels 19 durch die geschlossene
innenwand 15 der Matrize 17 bei der durch ihn
ίο ausgelösten Verformung des elastischen Druckkissens
16 eine solche Aufteilung in diese radialen Druckkräfte erfährt. Für eine alternative Ausführungsform dieser
Vorrichtung kann auch vorgesehen sein, daß der Kopfteil 18 mit dem Dorn 14 fest verbunden ist und zur
Ausübung auch axialer Druckkräfte auf die Wicklung 11
der Dorn dabei dann in axialer Richtung relativ zu der Matrize 17 bewegt wird. Für eine andere Ausführungsform dieser Vorrichtung kann schließlich auch vorgesehen
ipin. anstelle eines starren Domes einen durch ein elastisches Druckkissen gebildeten Dorn zu verwenden,
wobei dann für dessen Verformung in radialer Richtung auf die Innenfläche der Wicklung 11 zu ein in der Achse
des Doms verschiebbarer Stempel vorzusehen wäre, um so im Zusammenwirken mit der Matrize 17 eine zu dem
elastischen Druckkissen 16 lediglich in der radial entgegengesetzten Richtung wirkende Verdichtung der
Wicklung zu erhalten. Auch mit einer derart abgewandelten /Iisführungsform dieser Vorrichtung können
selbstverständlich Maßnahmen ergriffen werden, die noch zusätzlich axiale Druckkräfte auf die Wicklung 11
ausüben lassen, um eine entsprechend formstabile Zylinderform für die fertige Wickhng zu erhalten.
Die in F i g. 8 noch gezeigte Ausführungsform einer derartigen Vorrichtung zum Verdichten der zylindri-
sehen Wicklung umfaßt eine aus einer mehrteiligen Matrize 13' gebildete Außenform und eine drehbare
Bodenplatte 20, die eine Bohrung 20' zur Zentrierung des mit einem Ringbund 12' versehenen Domes 12
aufweist. Die drehbare Bodenplatte 20 kann dabei für die Änderung der Relativlage der Wicklung relativ zu
dem Dorn 12 und zu der Matrize 13' vor jeder neuen Druckeinwirkung auf die Wicklung benutzt werden, und
außerdem ist es damit möglich, an dieser drehbaren Bodenplatte 20 beispielsweise eine Verzahnung auszu-
bilden, die es erlaubt, nach der beendeten Verdichtung
der Wicklung 11 im dann noch gegen den Dorn 12 geschlossenen Zustand der Matrize 13' den mit der
Bodenplatte in Berührung gehaltenen Rand der Wicklung 11 mit einer Relativdrehung der Bodenplatte
abzuisolieren, so daß für dieses Abisolieren nicht nochmals ein besonderer Verfahrensschritt erforderlich
wird.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Verfahren zum Verdichten einer zylindrischen Wicklung eines eisenlosen Läufers einer elektrischen
Maschine, bei dem zwischen einem radial innerhalb der Wicklung angeordneten Dorn und
einer radial außerhalb der Wicklung angeordneten Außenform wiederholt Druckkräfte auf die Wicklung
ausgeübt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausübung der Druckkräfte der
Durchmesser des Dorns und/oder der Außenform veränderbar ist und vor jeder neuen Druckeinwirkung
auf die Wicklung deren Relativlage zu dem Dorn und der Außenform geändert wird.
2. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn
(12) und/oder die Außenform (13) mehrteilig ausgebildet sind und im drucklosen Zustand der
Dorn (12) und die Außenform (13) ein Spiel gegenüber tier Wicklung (11) aufweisen.
3. Vorrichtung nach Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Außenform sich aus einer Matrize (17) und einem darin angeordneten elastischen Druckkissen (16)
zusammensetzt, für dessen Verformung ein in der Achse des Dorns (14) verschiebbarer Stempel (19)
vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (14) einen vergrößerten
Kopfteil (18) aufweist, durch dessen axiale Bewegung relativ ru der Matrize (17) auf die Wicklung
(11) axiale Druckkräfte ausgeübt werden.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopfteil (18) ein von dem Dorn
(14) getrenntes und an dem Suinpel (19) federnd abgestütztes Bauteil ist
6. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Außenform sich aus einer mehrteiligen Matrize (13') und einer drehbaren Bodenplatte (20) zusammensetzt.
7. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn
durch ein elastisches Druckkissen gebildet ist, für dessen Verformung in radialer Richtung auf die
Innenfläche der Wicklung zu ein in der Achse des Dorns verschiebbarer Stempel vorgesehen ist.
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1985
- 1985-03-07 HK HK164/85A patent/HK16485A/xx not_active IP Right Cessation
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