DE3022873A1

DE3022873A1 - Verfahren und vorrichtung zum wickeln einer leiterspule

Info

Publication number: DE3022873A1
Application number: DE19803022873
Authority: DE
Inventors: Hempstead Hertfordshire Hemel; Charles Frederic Edward Pierce; George Raymond Waldock; Noel John Woolford
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1979-06-26
Filing date: 1980-06-19
Publication date: 1981-01-22
Also published as: US4358063A

Description

HOEGER₁ STEIiLREGHT -^PARTNER

PAT "E N "Τ ANW A" LT Ε" "" 3QZ2873

UHLANDSTRASSE 14 c · D 7000 STUTTGART 1

A 44 198 b Anmelder: Lucas Industries Limited k - 177 Great King Street

18. Juni 1980 Birmingham B19 2XF

England

Verfahren und Vorrichtung zum Wickeln einer Leiterspule

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wickeln einer Leiterspule auf ein radial abstehendes Element eines Werkstückes mit mehreren derartigen Elementen und mit einer Drehachse sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist bekannt, Wicklungen aus einem Leiterdraht auf einen Spulenkörper aufzuwickeln, der Teil eines Werkstücks mit mehreren solchen Spulenkörpern ist, welche radial von einer Drehachse des Werkstücks abstehen. Dabei wird der Draht bzw. der Leiter über eine Führung zugeführt, welche alternierende bzw. hin- und hergehende Schwenkbewegungen um eine zur Drehachse des Werkstücks parallele und im Abstand von dieser befindliche Schwenkachse ausführt und welche ausserdem zur Drehachse des Werkstücks parallele hin- und hergehende lineare Bewegungen ausführt. Bei dieser Wickeltechnik ist es in vielen Fällen schwierig oder unmöglich, den Leiter dicht an das radial innere Ende der Spulenkerne oder -arme heranzuführen, welche radial nach aussen von der Werkstückachse abstehen.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit dem bzw. mit der auf

! 030D64/069

18. Juni 1980 - 5 -

den radial abstehenden Armen eines Werkstücks radial weit nach innen reichende Wicklungen erzeugt werden können.

Diese Aufgabe wird, was das Verfahren anbelangt, durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst,und was die Vorrichtung anbelangt, durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 4.

Der entscheidende Vorteil von Verfahren und Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht also darin, dass die relativen Schwenkbewegungen zwischen der Führung und dem Werkstück bezüglich einer Schwenkachse erfolgen, welche durch die Werkstückachse oder eine damit zumindest im wesentlichen zusammenfallende Achse gebildet wird, wodurch es möglich wird, die inneren Windungen der Leiterspule bis dicht an das innere Ende der Spulenkörper bzw. Arme heranzuführen, wobei der zur Verfügung stehende Raum zwischen den Armen des Werkstücks, insbesondere eines Rotorkerns, in Ausgestaltung der Erfindung dann besonders optimal genutzt wird, wenn die Leiterspulen so gewickelt werden, dass sie sich in radialer Richtung von innen nach aussen konisch bzw. pyramidenförmig vergrössern.

Vorteilhaft ist es in Ausgestaltung der Erfindung auch, wenn den Schwenkbewegungen eine kompensierende Radialbewegung überlagert wird, mit dem Ziel, eine unerwünschte Uberdeckung benachbarter Windungen in einer Lage von Windungen zu vermeiden, da sich gezeigt hat, dass eine derartige Uberdeckung bzw. Überlappung letztlich zu einem lockeren Spulen-

030064/0699

ORIGINAL INSPECTED

A 44 198 b k - 177

18. Juni 1980 - 6 -

aufbau führt, der keine optimale Nutzung des zur Verfügung stehenden Raumes gewährleistet. Insbesondere wird die kompensierende, überlagerte Radialbewegung erfindungsgemäß so gesteuert, dass sich bei der Schwenkbewegung eine im wesentlichen geradlinie Relativbewegung zwischen der Führung und dem Werkstück ergibt.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung mit einem zu bewickelnden Werkstück und mit der Relativlage der Führung zum Werkstück beim Stande der Technik und beim Arbeiten gemäß der Erfindung ;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung zur • Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 3 eine vergrößerte schematische Querschnittsdarstellung der Vorrichtung gemäß Fig. 2 längs der Linie 3-3 in dieser Figur zur Erläuterung der Relativbewegung von Werkstück und Führung in einer ausgewählten Ebene;

030064/0699

• ORIGINAL INSPECTED

a 44 198 b ' 3Q22873

k - 177

18. Juni 1980 - 7 -

Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Zusammenhangs zwischen der bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehenen, mit · Korrektureinrichtungen ausgestalteten Steuerung für die Führung und dem Ablauf der Relativbewegung zwischen Führung und Werkstück; ·

Fig. 5 eine weitere vergrößerte schematische Darstellung zur Erläuterung der Wirkung der Korrektureinrichtungen;

Fig. 6 eine Draufsicht auf eine Kurvenscheibe der Steuerung der Vorrichtung gemäß Fig. 2 und

Fig. 7 eine schematische Darstellung des Antriebs der Vorrichtung gemäß Fig. 2..

Im einzelnen zeigt Fig. 1 ein Werkstück 10, nämlich den Kern des Rotors eines Elektromotors, wobei der Rotorkern acht winkelmäßig in gleichen Abständen angeordnete Arme 11 aufweist, die radial nach aussen von einer Drehachse 12 abstehen. Jeder der Arme 11 trägt an seinem äusseren Ende einen Flansch bzw. ein Kopfstück 13 und muß bei der Herstellung des Rotors mit einer Wicklung 14 versehen werden.

Bei bekannten Verfahren und Vorrichtungen wird der Draht für die Wicklungen 14 von einer Hohlnadel geführt, die winkelmäßig um die Achse eines Stabes 16 schwenkbar ist, der parallel zur Drehachse 12 verläuft. Die Hohlnadel 15 ist ausserdem geradlinig in

030064/0699

ORIGINAL INSPECTED

k- 177

18. Juni 1980 - q -

Richtung des Stabes 16 hin- und herbeweglich, so dass der Draht 17 im Verlauf aufeinanderfolgender Schwenkbewegungen und linearer Hin- und Herbewegungen um einen Arm .11 herumgewickelt werden kann, um die benötigte Wicklung 14 zu erzeugen. Aus Fig. 1 wird deutlich, dass in vielen Fällen die an den zu bewickelnden Arm 11 angrenzenden Arme 11 sowie das Kopfstück verhindern, dass der Leiter bzw. Draht 17 bis dicht an die in radialer Richtung innen liegenden Enden der Arme 11 gewickelt werden kann. Dies führt aber letztlich zu einer schlechten Nutzung des an sich für die Wicklungen 14 vorhandenen Raums.

Erfindungsgemäß wird nun so vorgegangen, dass relative Schwenkbewegungen zwischen der Drahtführung und dem Rotorkern nur bezüglich der Drehachse 12 desselben erfolgt. Dies hat aber, wie aus Fig.1 und den dort angedeuteten Drahtführungen 15a und 15b deutlich wird, zur Folge, dass die Drahtführung bezüglich des Rotorkerns 10 in radialer Richtung wesentlich weiter nach innen bewegt werden kann als bei Verfahren und Vorrichtung gemäß dem Stande der Technik. Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß, wie in Fig. 2 angedeutet, der Rotorkern 10 mittels Klemmelementen 21 auf einer Welle 20 festgelegt. Die Welle 20 ist in Lagern gelagert. Ein Antrieb 23 bekannter Bauart ist derart betätigbar, dass er hin- und hergehende Schwenkbewegungen und Axialbewegungen der Welle 20 herbeiführen kann. Eine hohle Drahtführung 24 für einen Leiter 25 ist in einem fest montierten Lager 26 gleitverschieblich derart montiert, dass sie bezüglich der Drehachse 12 in radialer Richtung hin- und herbeweglich ist. Der Antrieb 23 treibt dabei auch

030064/0-699

a 44 198 b .':. '-'■'- ^:--^: -^{: ::}--^: 3022873

k - 177

18. Juni 1980 - 9 -

eine Kurvenscheibe 27 derart an, dass die Kurvenscheibe 27 alternierend in dem einen und dem anderen Drehsinn jeweils für knapp eine volle Umdrehung gedreht wird. Die Kante der Kurvenscheibe 27 ist mit einer Anzahl von Kerben 28 versehen, deren Zweck nachstehend noch erläutert wird. Ein Abtasthebel 29 ist derart federnd gegen die Kurvenscheibe 27 vorgespannt, dass seine radiale Position bezüglich der Drehachse bzw. der Welle 20 von der Winkellage der Kurvenscheibe 27 abhängig ist.

Fig. 3 zeigt den Laufweg der hohlen Drahtführung 24 gegenüber einem Arm 11 des Rotorkerns 10 bei aufeinanderfolgenden, durch den Antrieb 23 bewirkten Schwenk- und Axialbewegungen des Rotorkerns 10. Im einzelnen wird die Bewegung längs des Teilstücks A-B des Laufwegs im wesentlichen durch eine Aufwärtsbewegung des Rotorkerns 10 bewirkt. Das Teilstück B-D des Laufwegs wird dann im wesentlichen aufgrund einer Schwenkbewegung des Rotorkerns 10 in einer ersten Richtung durchlaufen. Danach wird das Teilstück D-E des Laufwegs aufgrund einer Abwärtsbewegung des Rotorkerns 10 durchlaufen, woraufhin das Teilstück E-A des Laufwegs im wesentlichen aufgrund einer Schwenkbewegung des Rotorkerns 10 in zur ersten Richtung entgegengesetzter Richtung durchlaufen wird. Jeder Zyklus 0 des Antriebs 23 führt somit zu einer Folge von Relativbewegungen zwischen der Drahtführung 24 und dem Rotorkern 10, die zur Folge haben, dass letztlich eine Windung des Leiters 25 auf dem betreffenden Arm 11 erzeugt wird. Gleichzeitig führt jeder Zyklus des Antriebs 23 dazu, dass die Kurvenscheibe 27 um einen Winkel verdreht wird, der zur Folge hat,

- 10 030064/0699

ORIGINAL INSPECTED

Ä 44 198 b

k - 177

18. Juni 1980 - 10 -

dass der Abtasthebel 29 den Weg zwischen zwei benachbarten Kerben 28 zurücklegt. Insgesamt führt die aus der Zeichnung ersichtliche Form der Kurvenscheibe 27 dazu, dass sich eine radiale Bewegung der Drahtführung 24 ergibt, die zur Folge hat, dass der Leiter 25 wendelförmig auf ein vorgegebenes Teilstück des Arms 11 aufgewickelt wird.

Fig. 4 zeigt eine teilweise Abwicklung der Kurvenbahn der Kurvenscheibe 27. Wie oben erwähnt, erfolgt bei einem Zyklus 0 des Antriebs 23 eine Drehung der Kurvenscheibe 27 um einen Winkel, der zwei Zwischenräumen zwischen den Kerben 28 entspricht. Jede der Kerben 28 hat nun zwei Bereiche 28a und 28b, von denen jeder einem Zwölftel eines Zyklus 0 des Antriebs 23 entspricht. Wenn nun der Abtasthebel 29 (Fig. 2) über eine der Kerben 28 hinwegläuft, dann wird folglich die Drahtführung 24 zunächst radial nach innen und dann radial nach aussen, bezogen auf die Drehachse 12 des Rotorkerns -10 bewegt.

Wie Fig. 5 zeigt,würde die winkelmäßige Relativbewegung zwischen dem Rotorkern 10 und der Drahtführung 24 während eines Sechstels eines Zyklus 0 längs des Teilstücks E-A der Laufbahn zur Folge haben, dass die Mündung der hohlen Drahtführung 24 gegenüber der Drehachse 12 einen Bogen 30 durchläuft. Dies könnte aber zur Folge haben, dass das bei der Bewegung von E nach A ausgelegte Leiterstück über einer zuvor aufgebrachten Windung der Wicklung abgelegt wird. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Drehrichtung der Kurvenscheibe 27 so ver-

- 11 030064/0699

k - 177

18. Juni 1980 - 11 -

läuft, dass sich im wesentlichen eine radial nach innen gerichtete Bewegung der Drahtführung 24 gegenüber dem Rotorkern 10 ergibt. Die Kerben 28 sind nun aber so ausgebildet, dass während der winkelmäßigen Relativbewegung von E nach F eine radial nach innen gerichtete Bewegung der Drahtführung 24 erfolgt, während bei der Bewegung von F nach A eine radial nach aussen gerichtete Bewegung eintritt. Damit ergibt sich für die resultierende Relativbewegung im wesentlichen die gerade Linie 31, welche sowohl zur Drehachse 12 als auch zu einem Radius des Rotorkerns 10 senkrecht verläuft. In ähnlicher Weise wird auch die Bewegung zwischen den Punkten B und D des Laufweges gemäß Fig. 3 modifiziert, um eine im wesentlichen geradlinie Bewegung zu erzielen.

Fig. 6 zeigt eine Draufsicht auf eine Kurvenscheibe, die für die Steuerung eines WickeIvorgangs vorgesehen ist, bei dem pro Lage einer Wicklung zweiundzwanzig Windungen erzeugt werden. Man erkennt, dass die Strecke L der Gesamtlänge der Wicklung in radialer Richtung entspricht und dass das Verhältnis von Kurvenscheibenumfang zu Strecke L vom Durchmesser der herzustellenden Wicklung abhängig ist.

Da die winkelmäßigen Relativbewegungen zwischen dem Rotorkern 10 und der Drahtführung 24 beim Auaführungsbeispiel eine konstante Größe haben, nehmen die Länge des Bogens 30 und der Sehne 31 (Fig. 5) mit zunehmendem radialen Abstand von der Drehachse des Rotorkerns 10 zu. Der Abstand zwischen der Sehne 31 und dem Punkt F auf dem Bogen 30 nimmt also mit zunehmendem radialen Abstand zu. Die Korrektur,

- 12 030064/0699

ORIGINAL INSPECTED

k - 177

18. Juni 1980 - 12 -

die durch die Kerben 28 in der Kurvenscheibe 27 bewirkt werden muß, nimmt somit ebenfalls zu, und aus Fig. 6 wird deutlich, dass die Tiefe der Kerben 28 mit zunehmendem Kurvenscheibenradius zunimmt, wobei der Kurvenscheibenradius seinerseits entsprechend dem zunehmenden radialen Abstand der Drahtführung 24 von der Achse 12 des Rotorkerns ansteigt.

Es sei darauf hingewiesen, dass bei einer abgewandelten Ausführungsform der Antrieb 23 so ausgestaltet werden kann, dass der Drehwinkel des Rotorkerns abnimmt, wenn der radiale Abstand zwischen der Drahtführung 24 und der Drehachse 12 ansteigt. Bei einer solchen Anordnung läßt es sich erreichen, dass die mittels der Kerben 28 herbeigeführte Korrektur im wesentlichen Konstant bleibt, so dass die Kerben längs des gesamten Umfangs der Kurvenscheibe identisch sein können.

Zur optimalen Nutzung des für die Wicklungen zur Verfügung stehenden Raums können diese pyramidenförmig bzw. konisch ausgebildet werden, wie dies für die Wicklung 18 in Fig. 1 angedeutet ist. Um eine solche Wicklung herzustellen, wird dafür gesorgt, dass der Drehwinkel der Kurvenscheibe 27 abnimmt, wenn aufeinanderfolgende Lage der Wicklung 18 hergestellt werden.

Man erkennt, dass der Drehwinkel der Kurvenscheibe auf unterschiedliche Weise so gesteuert werden kann, dass eine Wicklung gewünschter Form aus aufeinanderfolgenden Lage von Leiterwindungeh aufgebaut wird.

Fig. 7 zeigt schematisch eine Konstruktion, aufgrund

- 13 -

030064/0899

ORlR(MAl

k - 177

18. Juni 1980 - 13 -

welcher der Antrieb 23 die Welle 20 zu hin- und hergehenden Linear- und Schwenkbewegungen antreiben kann. Wie Fig. 7 zeigt/ sind an einer eingangsseitigen Antriebswelle eine Kurbel 36 und eine Kurvenscheibe 37 befestigt. Auf die Welle 20 ist eine Aussenzahnung 38 aufgekeilt. Ausserdem ist die Welle 20 frei drehbar in einem unteren Lagerblock 39 gehaltert, der seinerseits in senkrechter Richtung gleitverschieblich von Führungen (nicht dargestellt) geführt wird, die an einem feststehenden Maschinenteil montiert sind. Ein Verbindungsstück 40 dient der gelenkigen Verbindung der Kurbel 36 mit dem Block 39, so dass eine Drehbewegung der Welle 35 eine Hin- und Herbewegung bzw. Auf- und Abbewegung der Welle 20 zur Folge hat. Ein Kurbelarm 41 mit Innenzahnung sitzt auf der Aussenzahnung 38 der Welle 20 und wird von einem fest montierten Bügel 42 abgestützt. Ein Abtastarm 43 (mit einer Rolle an seinem unteren Ende) ist auf einem Schwenkzapfen 44 schwenkbar montiert und mittels einer Feder 45 gegen die Kurvenscheibe 37 vorgespannt. Das der Kurvenscheibe 37 abgewandte Ende des Kurvenabtasters 43 ist über ein Verbindungsstück 46 an dem Kurbelarm 41 angelenkt. Die Kurvenscheibe 37 besitzt zwei Rastbereiche 37a, 37b, welche unterschiedliche Abstände von der Drehachse der Welle 35 aufweisen und so ausgebildet sind, dass bei ihrem überlaufen keine Schwenkbewegungen des Kurveuabtasters 43 und damit der Welle 20 hervorgerufen werden. Die Rastbereiche 37a und 37b sorgen also für die Bewegungen des Rotorkerns 10, welche den Teilstücken B-D und E-A des Laufweges gemäß Fig. 3 entsprechen.

030064/0699

ORIGINAL INSPECTED

Claims

HOEGER₁ STELLREICHT & PARTNER

UHLANDSTRASSE 14 ο · D 7000 STUTTGART 1

A 44 198 b Anmelder: Lucas Industries Limited k - 177 Great King Street

18. Juni 1980 Birmingham B19 2XF

England

Patentansprüche

Verfahren zum Wickeln einer Leiterspule auf ein radial abstehendes Element eines Werkstückes mit mehreren derartigen Elementen und mit einer Drehachse, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

man führt den Leiter durch eine Führung;

man führt eine erste lineare hin- und hergehende Relativbewegung zwischen der Führung und dem Werkstück im wesentlichen parallel zu dessen Drehachse herbei;

man führt eine hin- und hergehende relative Schwenkbewegung zwischen der Führung und dem Werkstück im wesentlichen um dessen Drehachse herbei;

man führt die Änderungen der Bewegungsrichtung für die Schwenkbewegung und die erste lineare Relativbewegung alternierend herbei und

man führt eine zweite lineare Relativbewegung zwischen der Führung und dem Werkstück im wesentlichen radial zur Drehachse desselben herbei.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die zweite lineare Relativbewegung

030054/0699

ORIGINAL INSPECTED

18. Juni 1980 - 2 -

als hin- und hergehende Relativbewegung ausführt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man jeder der Schwenkbewegungen aufeinanderfolgend eine radial nach innen und eine radial nach aussen gerichtete Bewegung der Führung überlagert und dass man die Größe der überlagerten Radialbewegungen in Abhängigkeit von der radialen Position der Führung, bezogen auf die Drehachse des Werkstücks, zu Beginn der betreffenden Schwenkbewegung derart bemißt, dass sich bei der Schwenkung eine im wesentlichen geradlinige Relativbewegung zwischen Führung und Werkstück ergibt.
4. Vorrichtung zum Wickeln einer Leiterspule auf ein radial abstehendes Element eines Werkstückes mit mehreren derartigen Elementen und mit einer Drehachse, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Führung (24) für den Leiter (17) vorgesehen ist, dass Antriebseinrichtungen (23) zum Herbeiführen einer ersten linearen hin- und hergehenden Relativbewegung zwischen der Führung (24) und dem Werkstück (10) im wesentlichen parallel zu dessen Drehachse (12) und zum Herbeiführen einer hin- und hergehenden relativen Schwenkbewegung zwischen der Führung (24) und dem Werkstück (10) im wesentlichen um dessen Drehachse (12) vorgesehen sind, die derart ausgebildet sind, dass die Änderungen der Bewegungsrichtung für die Schwenkbewegung und die erste Ii-

030064/0699

k - 177

18. Juni 1980 - 3 -

neare Relativbewegung alternierend aufeinanderfolge^ und dass Auslenkeinrichtungen (27) zum Herbeiführen einer zweiten linearen Relativbewegung zwischen der Führung (24) und dem Werkstück (10) im wesentlichen radial zu dessen Drehachse (12) vorgesehen sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Zusatzeinrichtungen (28) vorgesehen sind, mit deren Hilfe die radiale Position der Führung

(24) relativ zur Drehachse (12) des Werkstücks (10) bei jeder Schwenkbewegung durch eine überlagerte Radialbewegung zunächst radial nach innen und dann radial nach aussen veränderbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslenkeinrichtungen zum Herbeiführen der zweiten linearen Relativbewegung eine mit

. der Führung (24) und den Antriebseinrichtungen (23) zusammenwirkende Kurvenscheibenanordnung (27) umfassen.
7. Vorrichtungj nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzeinrichtungen zum Erzeugen der überlagerten Radialbewegung als mit der Führung (24) zusammenwirkende Zonen (28) einer Kurvenbahn der Kurvenscheibenanordnung (27) ausgebildet sind.

030064/0699

ORIGINAL INSPECTED