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Verfahren zur Herstellung einer Drahtspule
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Beschreibung: Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
einer Drahtspule. Weiterhin betrifft die Erfindung die nach diesem Verfahren erhältlichen
Drahtspulen. Schließlich betrifft die Erfindung eine Drahtspulenanordnung, die durch
Ineinanderanordnung mehrerer, elektrisch getrennter, erfindungsgemäß erzeugter Drahtspulen
erhältlich ist.
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Drahtspulen werden üblicherweise durch Wickeln erzeugt. Bestimmte
Drahtspulenkonfigurationen lassen sich durch Formwickeln erhalten.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Drahtspulen
mit bestimmter Konfiguration bereitzustellen, nämlich Mäander-förmige Drahtspulen
in Zylinderkonfiguration.
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Ausgehend von einem Verfahren zur Herstellung einer Drahtspule, wobei
ein endloser Draht zu einer ein- oder mehrlagigen Spule mit einer gewünschten Anzahl
paralleler Windungen gewickelt wird, besteht die erfindungsgemäße Lösung dieser
Aufgabe darin, daß die gewickelte Spule zu einem Mäander verformt wird, dessen hin-
und herführende Abschnitte untereinander parallel am Umfang eines Zylinders verlaufen.
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Vorzugsweise verlaufen die hin- und her führenden Mäanderabschnitte
am Umfang eines Zylinders parallel zur Zylinderachse.
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Weiterhin wird die gewickelte Spule vorzugsweise zu einem Mäander
mit einheitlicher Lückenbreite zwischen benachbarten, hin- und her führenden Mäanderabschnitten
verformt.
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Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Mäanderförmigen
Drahtspulen in Zylinderkonfiguration sind hervorragend für verschiedene Anwendungen
geeignet, bei denen es auf eine niedrige Eigeninduktivität ankommt. Beispielsweise
können die erfindungsgemäß erzeugten Spulen als Energiewandler in Generatoren, vor
allem aber wegen ihrer kleinen elektrischen Zeitkonstanten als Antriebsspulen bei
den verschiedensten motorischen Anwendungen eingesetzt werden. Insbesondere ergeben
die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen, Mäanderförmigen Drahtspulen
in Zylinderkonfiguration einen hohen Füllfaktor im zylinderförmigen magnetischen
Luftspalt einer elektrischen Maschine. Solche Mäanderspulen sind hervorragend für
Hochfrequenzmaschinen geeignet. Dank der mäanderförmigen Anordnung fällt gegenüber
herkömmlichen Spulen ein Wickelkopf weg, so daß die fertige Mäanderspule einen geringeren
Ohm'schen Widerstand aufweist.
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Für solche Anwendungen entscheidend sind die geraden, parallelen,
im gleichen Abstand zueinander angeordneten, hin- und herführenden
Mäander-Abschnitte
der Mäanderspule, denn diese erzeugen nach Gleichstromversorgung bei geeigneter
Kommutierung ein, einen Permanentmagnetrotor antreibendes Moment, oder in diesen
Abschnitten wird bei generatorischer Anwendung eine Wechselspannung induziert, die
von Bauweise und Drehzahl abhängig ist. Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet
auch bei vergleichsweise kleinen Mäanderspulen in Zylinderkonfiguration mit einem
Durchmesser von lediglich einigen Zentimetern eine streng geometrisch parallele
Anordnung aller Windungen entsprechend der Mäanderkonfiguration innerhalb der vorgesehenen
Drahtlage(n), eine exakte Parallelführung aller hin-und herführenden Mäanderabschnitte
und die gleiche Lückenbreite zwischen hin- oder herführenden Mäanderabschnitten.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können einlagige oder mehrlagige
Mäander-förmige Drahtspulen in Zylinderkonfiguration erzeugt werden. Hinsichtlich
der Drahtlagenanzahl bestehen keine besonderen Beschränkungen, soweit die nachträgliche
Verformung der vorher gewickelten Spule zu einem Mäander gewährleistet bleibt. Auch
bei Spulen mit 5 oder 6 Drahtlagen tritt keine Veränderung der magnetischen Wirkungen
ein. Beispielsweise erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung einlagiger
Drahtspulen in Zylinderkonfiguration mit einer streng zylinderförmigen Anordnung
der einzigen Drahtlage. Alle hin- und herführenden Mäanderabschnitte befinden sich
auf dem gleichen, einem bestimmten Radius entsprechenden Umfang um die Zylinderachse
herum; bei Bedarf können auch alle Wickelköpfe lediglich auf diesem Umfang angeordnet
sein. Derartige Spulen können vorteilhaft in elektronisch kommutierten, vielpoligen
Gleichstrommotoren mit zylindrischem Luftspalt als Rotor- oder Statorwicklung verwendet
werden, weil ein hohes Drehmoment in einem engen Luftspalt erzielbar ist.
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Weil das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung von Mäander-förmigen
Drahtspulen in Zylinderkonfiguration mit präziser, stabilisierter Anordnung erlaubt,
ist es möglich, zwei oder mehr Mäanderspulen so ineinander anzuordnen, daß sich
sämtliche, parallelen, hin- und herführenden Mäanderabschnitte der elektrisch voneinander
getrennten Mäanderspulen auf dem gleichen Zylinderumfang um die gemeinsame Zylinder
achse herum befinden und damit gemeinsam bei entsprechender Kommutierung ein Drehfeld
erzeugen. Lediglich im Bereich der Wickelköpfe tritt eine Überlappung auf, die jedoch
außerhalb des magnetischen Luftspaltes einer elektrischen Maschine angeordnet werden
kann. Eine solche Drahtspulenanordnung ist besonders zweckmäßig als Statorwicklung
für einen elektronisch kommutierten, vielpoligen Gleichstrommotor mit zylindrischem
Luftspalt, weil mit einer vergleichsweise einfachen Ansteuerschaltung eine exakte
Kommutierung zur Erzeugung eines den Rotor antreibenden Magnetfeldes erzeugt werden
kann.
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Das Leitermaterial, die Stärke und die Querschnittsform des zum Herstellen
der Drahtspule verwendeten Drahtes sind nicht besonders beschränkt. Es kommen übliche
Leitermaterialien in Betracht, wie beispielsweise Kupfer, Aluminium und in Sonderfällen
auch Silber. Die Drahtstärke liegt im üblichen Bereich und kann beispielsweise von
0,01 mm, insbesondere von 0,1 mm bis zu einigen Millimetern reichen. Der Drahtquerschnitt
kann rund oder eckig sein, beispielsweise quadratisch oder rechteckig sein. Mit
einem quadratischen oder rechteckigen Leiterquerschnitt läßt sich ein höherer Füllfaktor
erzielen. Beispielsweise erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren die Verarbeitung
von rechteckigem Draht zu einer einlagigen Mäanderspule in Zylinderkonfiguration,
bei welcher der Draht mit seiner Hauptfläche radial zur Zylinderachse ausgerichtet
ist. Hierdurch kann ein besonders hoher Füllfaktor erzielt und ein homogenes Magnetfeld
erzeugt werden.Auch sogenannter "Lametta-Draht" kann verwendet werden.
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Sofern eine solche Spule als Statorwicklung bei einem elektrisch kommutierten,
vielpoligen Gleichstrommotor mit zylindrischem Luftspalt verwendet werden soll,
kann die Spule jeweils mit einer Drahtschmalseite an einem magnetischen Rückschlußteil
angelegt, und die Spule in dieser Anordnung fixiert werden. Die fixierte Anordnung
kann daraufhin abgedreht werden.
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Gegebenenfalls vorhandene, die Isolierung zwischen benachbarten Windungen
überbrückende Drahtfäden können durch Abätzen entfernt werden. Daraufhin kann erneut
eine Lage Isoliermittel aufgebracht werden. Auf diese Weise wird eine optimal runde
Mäanderspulenanordnung in Zylinderkonfiguration mit minimalem Abstand zur Rotorumlaufbahn
erhalten.
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Typischerweise wird ein isolierter Draht verwendet. Die in der Fachwelt
üblichen Isoliermittel sind geeignet, wie etwa die verschiedenen Isolierlacke auf
Kunststoffbasis oder Seide.
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In einigen Fällen kann es zweckmäßig sein, den Leiter mit einem Doppelmantel
zu beschichten, bei dem die Innenschicht in erster Linie der Isolierung dient, und
die Außenschicht aus einem härtbaren Kunststoff besteht, der thermisch oder strahlungsinduziert
ausgehärtet werden kann, und so eine bestimmte Mäanderspulenkonfiguration stabilisiert.
Auch die Verwendung sog. Back-Lack-Drähte ist möglich.
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Auch die Anzahl der Windungen ist nicht besonders begrenzt.
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Um die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens voll zu nutzen, soll
die fertige Mäanderspule wenigstens aus einigen geometrisch parallel angeordneten
Windungen bestehen. Für die Verwendung als Statorwicklung in einem elektronisch
kommutierten, vielpoligen Gleichstrommotor mit zylindrischem Luftspalt wird die
Windungszahl pro Drahtlage - abhängig von der Drahtstärke -vorzugsweise dahingehend
gewählt, daß die Breite eines hin- oder herführenden Mäanderabschnittes kleiner
als die Polbreite ist,
weil sonst die parallelen Leiterabschnitte
eines hin- oder her führenden Mäanderabschnittes stets dem Magnetfeld von zwei entgegengesetzten
Magnetpolen ausgesetzt wären. Besonders bevorzugt soll die Mäanderabschnittbreite
die halbe Polbreite nicht übersteigen, weil dann mit einer vergleichsweise einfachen
Schaltung eine exakte Kommutierung in den Null-Durchgängen zwischen zwei benachbarten
Permanentmagnetpolen erreicht werden kann. In Abhängigkeit von den Leiterquerschnittsabmessungen
wird die maximale Anzahl Windungen in einer Drahtlage entsprechend gewählt. Bei
beispielhaften Spulen für diese Anwendung haben sich Windungszahlen von 15 bis 25
Windungen aus einem 0,15 bis 0,5 mm starken Draht bei einlagiger Drahtanordnung
gut bewährt.
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Zur Verformung einer gewickelten Spule zu einer Mäanderspule mit Zylinderkonfiguration
können erfindungsgemäß verschiedene Maßnahmen vorgesehen werden.
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Nach einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann eine zylinderförmig oder scheibenförmig gewickelte Spule beliebiger Konfiguration
nach Stabilisierung der Windungen in gegenseitig paralleler, lagenstabilisierter
Anordnung zu einer Mäanderspule verformt werden. Die Ausführungsform kann mittels
einer besonders einfachen Vorrichtung durchgeführt werden, und es wird eine Mäanderspule
erhalten, die am oberen und unteren Ende der geraden, hin- und her führenden Mäanderabschnitte
jeweils doppelte Spulenstärke aufweist. Die geometrisch parallele Anordnung aller
Spulenwindungen ist besonders präzise, weil von einer bereits stabilisierten Spule
ausgegangen wird, und im weiteren Verlauf keine nennenswerten, insbesondere keine
unterschiedlichen mechanischen Spannungen in Längsrichtung des Drahtes auf die verschiedenen
Windungen auftreten. Diese Ausführungsform ist besonders gut geeignet
zur
Herstellung von Mäanderspulen mit langen hin- und herführenden Mäanderabschnitten.
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Nach einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird aus dem endlosen Draht eine ringförmige Scheiben-oder Flachspule gewickelt,
und diese zu einer Mäander-förmigen Flachspule verformt. Wenigstens die hin- und
herführenden Mäanderabschnitte werden daraufhin aus der ebenen Anordnung in die
Zylinderkonfiguration gebracht.
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Die Verformung einer noch nicht stabilisierten Flachspule zu einer
Mäander-förmigen Flachspule kann beispielsweise mittels einer Scheibenanordnung
erfolgen, über deren ebene Hauptfläche eine Anzahl, auf einem Kreisumfang angeordnete
Stifte vorstehen, die gegen Federdruck eine Strecke weit auf den Kreismittelpunkt
zu verschieblich sind. Um diese Stifte herum wird - anliegend an die ebene Hauptfläche
- eine ein-oder mehrlagige Flachspule mit der gewünschten Windungszahl gewickelt.
Zwischen je zwei benachbarten Stiften läßt sich ein Keil eine größere Strecke weit
auf den Kreismittelpunkt zu verschieben, welcher den dort befindlichen Drahtlagenabschnitt
mitnimmt und in eine Mäander-förmige Konfiguration am Umfang des Keiles bringt,
wobei gleichzeitig die Stifte gefedert bis zu einem Anschlag nach innen auf den
Kreismittelpunkt zu verschoben werden. Die Drahtlage(n) der resultierenden Mäander-förmigen
Flachspule werden daraufhin in ihrer Anordnung festgehalten, und die Keile zurückgezogen.
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Die Verformung einer bereits stabilisierten Flachspule zu einer Mäander-förmigen
Flachspule ist beispielsweise mittels einer rotierbaren Zahnanordnung möglich, deren
Zähne eine an die angestrebte Mäanderkonfiguration angepaßte Führungsnut aufweisen.
In diese Führungsnut wird der zugeführte, stabilisierte
Flachspulenabschnitt
von einem geeigneten Werkzeug hineingedrückt, beispielsweise den eingreifenden Zähnen
einer weiteren Zahnanordnung oder von einer angepaßten, hin- und her verschieblichen
Schloßanordnung.
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Nach einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird aus einem endlosen Draht eine Zylinderspule gewickelt. Diese Zylinder spule
wird von einer Anzahl erster und zweiter Greifelemente gepackt und so längs eines
virtuellen, sich verjüngenden Kegelstumpfabschnittes verschoben, daß simultan der
Spulendurchmesser verringert und die geraden- hin-und her führenden Mäanderabschnitte
erzeugt werden. Diese Verschiebung kann in der Querschnittsebene der Zylinder spule
erfolgen.
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Nach dieser Ausführungsform kann eine Mäanderspule in Zylinderkonfiguration
erhalten werden, bei welcher alle Wicklungen in ihrer Vorzugsebene bleiben. Auch
die Wickelköpfe weisen lediglich die Materialstärke der Spule auf. Zwischen allen,
sich gegenüberliegenden, gegenseitig isolierten Wicklungsabschnitten kann lediglich
die Schrittspannung auftreten, so daß eine solche Spule insbesondere für den Betrieb
mit höheren Spannungen geeignet ist.
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Nachstehend wird die Erfindung mehr im einzelnen anhand bevorzugter
Ausführungsformen mit Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert; die letzteren zeigen:
Fig. 1 in schematischer Seitendarstellung eine Vorrichtung zur Durchführung einer
ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; Fig. 2 einen Ausschnitt
aus der mit der Vorrichtung nach Fig. 1 erhältlichen Mäanderspule in Zylinderkonfiguration;
Fig.
3a, 3b und 3c schematisch angedeutet verschiedene Stadien beim Erzeugen einer Mäander-förmigen
Flachspule aus einer ringförmigen Flachspule entsprechend einer zweiten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens; Fig. 4 am Umfang eines rohrförmigen Rückschlußteils
einen Ausschnitt aus einer Mäanderspule in Zylinderkonfiguration, die nach Abwinklung
der geraden, hin- und herführenden Mäanderabschnitte aus der Flachspule nach Fig.
3c erhältlich ist; Fig. 5 einen Ausschnitt aus einer U-förmigen Mäanderspule in
Zylinderkonfiguration, die aus einer Mäander-förmigen Flachspule nach Fig. 3c erhältlich
ist; Fig. 6 und 7 in schematischer Darstellung weitere Alternativen zur Verformung
einer stabilisierten Flachspule zu einer Mäander-förmigen Flachspule; Fig. 8 anhand
einer Schemazeichnung die Verformung einer Zylinder spule zu einer Mäanderspule
in Zylinderkonfiguration entsprechend einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens; Fig. 9 schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung der Ausführungsform
nach Fig. 8; und Fig. 10 eine Drahtspulenanordnung aus zwei elektrisch getrennten,
ineinander angeordneten Mäanderspulen in Zylinderkonfiguration.
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Die Fig. 1 zeigt eine Zahnanordnung zur Durchführung einer ersten
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese Zahnanordnung 10 weist einen
oberen Zahnkranz 11 und einen unteren Zahnkranz 15 auf, die aufeinander zu und voneinander
weg verschiebbar an einer gemeinsamen (nicht dargestellten) Halterung angebracht
sind. Der obere Zahnkranz 11 weist eine Anzahl längs des Umfangs eines Zylinders
angeordnete Zähne oder Zinnen 12 auf. Zwischen je zwei benachbarten Zähnen 12 befindet
sich ein Sattel mit dem geraden absteigenden Flankenabschnitt 13 und dem geraden
aufsteigenden Flankenabschnitt 14.
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Alle Flankenabschnitte 13 und 14 verlaufen unter einem 450-Winkel
zu einer Zylinderachselparallelen. Die Länge der Flankenabschnitte 13,14 ist an
die herzustellende Mäanderspule angepaßt und beträgt das 1,4-fache der Spulenbreite
bzw. des hin- oder herführenden geraden Mäanderabschnittes. Ein beispielhafter Zahnkranz
11 kann 40 Zähne 12 längs eines Kreises mit einem Durchmesser von 6 cm aufweisen.
Der Zahnkranz 11 einschl. der Zähne 12 besteht aus einem vergleichsweise dünnen,
stabilen Material, beispielsweise Aluminiumblech, und weist wenigstens im Bereich
der Flankenabschnitte 13 und 14 abgerundete Kanten auf, so daß eine Beschädigung
des Leiterdrahtes vermieden wird.
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Der Zahnkranz 15 ist analog zum Zahnkranz 11 aufgebaut, wobei jedoch
die Zähne 16 des Zahnkranzes 15 auf Lücke zu den Zähnen 12 angeordnet sind, sofern
eine Mäanderspule in Zylinderkonfiguration angestrebt wird, deren hin- und herführende
Mäanderabschnitte parallel zur Zylinder achse verlaufen. Die Zähne 12 und 16 der
Zahnkränze 11 und 15 sind voneinander weg gerichtet.
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Zur Herstellung einer Mäander-förmigen Drahtspule in Zylinderkonfiguration
mit dieser Zahnanordnung 10 kann von einer Flachspule oder einer Zylinderspule beliebiger
Konfiguration ausgegangen werden, deren Länge der gestreckten Mäanderlänge entspricht.
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Beispielsweise kann zur Erzeugung der Ausgangsspule ein endloser Draht
um zwei im ausgewählten Abstand zueinander angeordnete Stifte zu einer Zylinderspule
gewickelt werden. Diese Ausgangsspule wird stabilisiert, nämlich die einzelnen Windungen
in ihrer parallelen Anordnung zueinander fixiert, was beispielsweise durch Tränken
der gewickelten Spule mit einem aushärtbaren Kunstharz und nachfolgender Aushärtung
erfolgen kann.
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Nachdem der passende Abstand zwischen den beiden Zahnkränzen 11 und
15 eingestellt worden ist, wird ein Spulenabschnitt um die beiden Flankenabschnitte
13 und 14 eines Zahnes 12 herumgelegt, die anhängenden Spulenabschnitte daraufhin
auf den gegenüberliegenden Zahnkranz 15 zugeführt und dort um die Flankenabschnitte
des gegenüberliegenden Zahnes 16 herumgelegt. In dieser Weise wird die Verformung
der Ausgangsspule fortgesetzt, bis die gesamte Spulenlänge um die Zähne 12,16 der
Zahnanordnung 10 herumgeschlungen ist. Das Aufbringen der letzten Spulenschleife
kann dadurch erleichtert werden, daß dort die Höhe des letzten Zahnes vermindert
ist, oder dieser letzte Zahn völlig fehlt.
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Nachdem die gesamte Ausgangsspule in die Mäanderkonfiguration gebracht
worden ist, kann der Abstand zwischen den beiden Zahnkränzen 11 und 15 geringfügig
vergrößert werden, um die einzelnen hinführenden Mäanderabschnitte 17 und her führenden
Mäanderabschnitte 18 exakt gerade und streng parallel zur Zylinderachse auszurichten.
Bei Bedarf kann die Spule in dieser Anordnung nochmals stabilisiert werden.
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Daraufhin werden die Zahnkränze 11 und 15 aufeinander zu bewegt, bis
die Wickelköpfe 19 die Zähne 12 bzw. 16 überragen, so daß die fertige Mäanderspule
der Zahnanordnung 10 entnommen werden kann. Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt der danach
erhaltenen Mäander-förmigen Drahtspule 20 in Zylinderkonfiguration. Eine
beispielhafte
Mäanderspule 20 kann eine einlagige Drahtanordnung mit 20 Windungen pro hin- und
herführenden Mäanderabschnitten 17, 18 aufweisen, deren Länge ca. 20 mm beträgt.
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Die Mäanderspule 20 kann beispielsweise als Statorwicklung in einem
elektronisch kommutierten, vielpoligen Gleichstrommotor mit zylindrischem Luftspalt
verwendet werden. In einem solchen Falle wird die Mäanderspule 20 am Umfang eines
ringförmigen Rückschlußteils aus magnetischem Material angeordnet, und dort schwingungsfrei
befestigt, beispielsweise angeklebt.
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Der Bereich der Wickelköpfe 19 wird über den oberen bzw. unteren Rand
des Rückschlußteils hinweg nach innen abgewinkelt, so daß lediglich die einlagigen
geraden, zur Zylinderachse parallelen, hin- und herführenden Mäanderabschnitte 17
und 18 im magnetischen Luftspalt verbleiben, Auf diese Weise kann eine außerordentlich
schmale Antriebsebene verwirklicht werden, die trotzdem ein hohes Drehmoment liefert.
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Unter Bezugnahme auf die Fig. 3a, 3b und 3c wird nachstehend eine
weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Mäander-förmigen
Drahtspule in Zylinderkonfiguration erläutert.
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Die Fig. 3a zeigt schematisch einen Ausschnitt einer Scheibenanordnung
30, über deren eine ebene Hauptfläche eine Anzahl Stifte 31 hervorsteht. Die Stifte
31 sind längs eines Kreisumfangs angeordnet und innerhalb gerader Führungsbahnen
32 gegen einen Federdruck eine Strecke weit auf den Kreismittelpunkt zu verschieblich.
Weiterhin ist die Scheibenanordnung 30 mit einer Anzahl Keilen 33 ausgerüstet, die
längs entsprechender Führungsbahnen in der Mitte zwischen zwei benachbarten Stiften
31 eine größere Strecke weit auf den Kreismittelpunkt zu verschieblich sind. Am
Umfang jedes Keiles 33 ist eine Führungsnut 34 ausgespart, wobei Nuthöhe und -tiefe
an die Abmessungen der herzustellenden
Spule angepaßt sind. Die
Kontur jeder Führungsnut 34 entspricht der Konfiguration eines Mäanders, wobei der
Wickel-Kopfbereich vorzugsweise rund geformt ist.
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Ein endloser Draht 36 wird - zumindest anfänglich an der ebenen Hauptfläche
anliegend - um die Stifte 31 herumgewickelt, bis eine Flachspule 37 der gewünschten
Drahtlagen- und Windungszahl erzeugt ist. Daraufhin werden sämtliche Keile 33 gleichzeitig
längs ihrer Führungsbahnen 35 auf den Kreismittelpunkt zu verschoben.
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Die Fig. 3b zeigt schematisch das Ausmaß der Verformung der Flachspule
37, nachdem die angetriebenen Keile 33 eine bestimmte Strecke weit und die Feder-gebremsten
Stifte 31 eine geringere Strecke weit auf den Kreismittelpunkt zu verschoben worden
sind. Die Verschiebung der Keile 33 und die davon verursachte Mitnahme der Stifte
31 wird fortgesetzt, bis die Flachspule 37 die in Fig. 3c dargestellte Mäanderkonfiguration
eingenommen hat. In dieser Anordnung werden die Drahtlage(n) festgehalten und daraufhin
die Keile 33 zurückgezogen. Es wird eine Mäander-förmige Flachspule 38 erhalten,
die ausschnittsweise in Fig. 3c dargestellt ist.Durch Aufbringen und Aushärten eines
geeigneten Bindemittels kann die Windungsanordnung der Mäanderförmigen Flachspule
38 stabilisiert werden.
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Daraufhin wird die Mäander-förmige Flachspule 38 aus der Scheibenanordnung
30 entnommen und einer (nicht dargestellten) Stempel/Zylinder-Anordnung zugeführt.
Sofern eine Mäanderspule in "einfacher" Zylinderanordnung gewünscht wird, werden
die inneren Wickelköpfe 39 der mäanderförmigen Flachspule 38 auf der Stirnfläche
des zylinderförmigen Stempels nahe an dessen Umfang angeordnet und eingespannt.
Mittels eines passenden Hohlzylinders, der in passendem Abstand längs des Stempels
verschieblich ist, werden daraufhin die geraden, hin- undherführenden Mäander abschnitte
42 und 43 der Mäander-förmigen Flachspule 38
abgewinkelt und in
die Zylinderkonfiguration gebracht. Bei Bedarf können daraufhin die restlichen Wickelköpfe
44 aus der Zylinderkonfiguration heraus abgewinkelt werden.
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Im Einzelfall kann es zweckmäßig sein, als Stempel unmittelbar ein
ringförmiges Rückschlußteil zu verwenden, und zur Erzeugung der Zylinderkonfiguration
die hin- und herführenden Mäanderabschnitte 42 und 43 unmittelbar am Umfang dieses
Rückschlußteils anzulegen. Die Fig. 4 zeigt schematisch einen Ausschnitt der danach
erhaltenen Anordnung. Ersichtlich befinden sich die geraden, parallelen, hin- und
herführenden Mäanderabschnitte 42 und 43 der fertigen Manderspule 40 in Zylinderkonfiguration
am Umfang eines ringförmigen Rückschlußteils 45. Die Wickelköpfe 39 und 44 sind
abgewinkelt und befinden sich außerhalb der Zylinderkonfiguration.
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Nach einer alternativen Ausführungsform können die ausreichend lang
gewählten Mäanderabschnitte einer Mäander-förmigen Flachspule mittig auf der Stirnfläche
eines Hohlzylinders mit passendem Durchmesser und ausreichender Wandstärke angeordnet
werden.
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Die beidseitig über die Wandstärke hinausstehenden Abschnitte der
Mäanderabschnitte werden daraufhin mittels eines passenden, ringförmigen Formteils
mit U-förmigem Querschnitt abgewinkelt und am Innenumfang und am Außenumfang des
Zylinders angelegt.
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Es resultiert eine U-förmige Mäanderspule (50) in im wesentlichen
Zylinderkonfiguration, wie sie ausschnittsweise mit Fig. 5 dargestellt ist. Die
Wickelköpfe 53 und 54 können aus der Zylinderkonfiguration heraus abgewinkelt werden.
An einem ringförmigen Rückschlußteil 55 passender Abmessungen angelegt und befestigt,
können die hin- und herführenden Mäanderabschnitte 51 und 52 dieser U-förmigen Mäanderspule
50 in "doppelter" Zylinderkonfiguration innerhalb des Hohlraumes eines ringförmigen
Permanentmagnet-Rotors mit U-förmigem Querschnitt eine besonders hohe EMK erzeugen.
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Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens können auch andere Maßnahmen
vorgesehen werden, um eine ringförmige und stabilisierte Flachspule zu einer Mäander-förmigen
Flachspule zu verformen, die daraufhin in einem weiteren Arbeitsschritt in die Zylinderkonfiguration
gebracht wird. Beispielsweise kann eine solche Verformung mit einer rotierbaren
Zahnanordnung erfolgen, wie sie schematisch in Fig. 6 dargestellt ist. Ein Zahnrad
60 ist beispielsweise mit vier Zähnen 61 vusgerüstet, an deren Umfang eine Führungsnut
62 ausgespart ist. Höhe und Tiefe der Führungsnut 62 sind an die Drahtlagen- und
Windungszahl der vorgefertigten Flachspule 63 angepaßt. Das Zahnrad 60 ist abschnittsweise
um seine Achse drehbar, so daß sich stets ein Zahn 61 gegenüber der Formöffnung
einer angepaßten Schloßanordnung 64 befindet. Die Kontur der Schloßanordnung 64
ist an einen Zahn 61 und die Flanken der beiden benachbarten Zähne des Zahnrades
60 angepaßt. Nachdem ein Zahn 61 in eine passende Stellung verschwenkt worden ist,
kann die Schloßanordnung 64 auf die Zahnanordnung 60 zu verschoben werden, so daß
ein passend geführter Abschnitt der Flachspule 63 in die Führungsnut 62 hineingedrückt
wird und Mäanderkonfiguration annimmt. Daraufhin wird die Schloßanordnung 64 zurückgeführt,
das Zahnrad 60 um einen weiteren Winkelabschnitt gedreht, und der mit der Mäanderkonfiguration
versehene Spulenabschnitt über einen Stift 65 vom Zahnrad 60 getrennt.
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Die erhaltene, Mäander-förmige Flachspule wird daraufhin nach einem
der oben beschriebenen Verfahren zu einer Mäander-förmigen Drahtspule in Zylinderkonfiguration
verformt.
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Die Fig. 7 zeigt schematisch eine weitere Möglichkeit zur Verformung
einer ringförmigen Flachspule zu einer Mäanderförmigen Flachspule. Diese Vorrichtung
umfaßt zwei Zahnräder 70 und 75 mit ineinander greifenden Zähnen 71 und 76. Wenigstens
die Zähne 71 des einen Zahnrades weisen eine Führungsnut
72 zur
Aufnahme der stabilisierten Flachspule auf. Die Konfiguration dieser Führungsnut
72 ist weitgehend an die angestrebte Mäanderform angepaßt. Die zu verformende Flachspule
73 wird in den Spalt zwischen zwei zusammenwirkenden Zähnen 71 und 76 eingeführt
und beim gegenseitigen Abrollen der Zähne 71 und 76 in die Führungsnut 72 hineingedrückt.
Über einen Stift 74 wird die Mäander-förmige Flachspule aus der Führungsnut 72 herausgeführt
und von der Vorrichtung entfernt.
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Mit Bezugnahme auf Fig. 8 wird nachstehend das Konzept zur Verformung
einer zylinderförmigen Spule zu einer Mäanderförmigen Spule in Zylinderkonfiguration
erläutert. Im wesentlichen wird die anfänglich an einem Zylinderumfang 81 erzeugte
Zylinder spule 80 von ersten Greifelementen 82 und zweiten Greifelementen 83 gepackt
und längs eines virtuellen, sich verjüngenden Kegelstumpfabschnittes 84 so verschoben,
daß simultan der Spurendurchmesser verringert und die geraden, hin- und herführenden
Mäanderabschnitte 85 und 86 der Mäanderspule 87 erzeugt werden. Bei der praktischen
Realisierung dieser Alternative kann die Verschiebung längs der mittleren Querschnittsebene
der Zylinderspule erfolgen.
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Mit Bezugnahme auf Fig. 9 wird nachstehend eine dieses Konzept verwirklichende
Wickelmaschine und die damit mögliche Verformung einer Zylinder spule zu einer Mäanderspule
in Zylinderkonfiguration erläutert.
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Zu den wesentlichen mit Fig. 9 dargestellten Bestandteilen der Wickelmaschine
90 gehören eine Grundplatte 91, eine motorisch angetriebene Welle 92 und ein Vorschubapparat
93, der seinerseits die ersten Greifelemente 94, die zweiten Greifelemente 95 und
Schieber 96 umfaßt. Im Abstand zur Welle 92 um diese herum sind in der Grundplatte
91 die Nuten 97 einer archimedischen Spirale ausgespart. Jedem Greifelement 94,95
ist je ein Schieber 96 zugeordnet, und eine Führungsnase 98 an jedem Schieber 96
vermag in diese Nuten 97 einzugreifen.
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Die ersten Greifelemente 94 und die zweiten Greifelemente 95 sind
alternierend am Umfang A eines Zylinders angeordnet und mit dem jeweils zugeordneten
Schieber }6 über eine am Schieber '6 schwenkbar angelenkte Halterung verbunden.
Die Gesamtanzahl der ersten und zweiten Greifelemente 94,95 entspricht der Anzahl
der geraden hin- und her führenden Mäander-Abschnitte der angestrebten Mäanderspule.
Die ersten Greifelemente 94 weisen an ihrem unteren Ende eine Führung auf, mit welcher
sie längs der ersten, ansteigenden schiefen Ebene 99 geführt werden. Die zweiten
Greifelemente 95 weisen an ihrem unteren Ende eine Führung auf, mit welcher sie
längs der zweiten, absteigenden schiefen Ebene 100 geführt werden. Bei diesen Führungselementen
kann es sich beispielsweise um drehbare Rädchen 101 handeln.
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Anfänglich sind Vorschubapparat 93 und Grundplatte 91 miteinander
gekoppe-lt und werden von der Welle 92 gemeinsam in Rotation versetzt. Der über
die Führungsrolle 103 zugeführte Draht 102 wird am Zylinderumfang A zu einer ein-
oder mehrlagigen Zylinderspule 104 mit der gewünschten Anzahl Windungen gewikkelt.
Die fertige Zylinderspule 104 wird in regelmäßigen Abständen alternierend von den
ersten Greifelementen 94 und zweiten Greifelementen 95 gepackt. Daraufhin werden
Vorschubapparat 93 und Grundplatte 91 entkoppelt, der Vorschubapparat 93 angehalten,
und im Verlauf der weiteren Rotation der Grundplatte 91 greifen die Führungsnasen
98 der Schieber 96 in die der rotierenden archimedischen Spirale folgenden Führungsnuten
97 ein und verschieben die einzelnen Greifelemente 94 und 95 gezielt nach innen
auf die Welle 92 zu. Gleichzeitig gelangen die ersten Greifelemente 94 auf die erste,
ansteigende schiefe Ebene 99 und werden von dieser nach oben geführt; ferner gelangen
die zweiten Greifelemente gleichzeitig auf die zweite, absteigende schiefe Ebene
100 und werden von dieser nach unten geführt.
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Die Steigung der archimedischen Spirale ist an die Neigungen der schiefen
Ebenen 99, 100 angepaßt, so daß die Verringerung
des Spulendurchmessers
angepaßt an die Erzeugung der Mäanderabschnitte erfolgt, um die neutralen Zonen
der Zylinderspule 104 VerschiebungskrXfte-frei zu verformen. Dadurch kann bei der
Verformung eine gegenseitige Verschiebung der einzelnen Windungen vermieden werden.
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Nach Vervollständigung der Verformung kann die fertige Mäanderspule
stabilisiert werden. Daraufhin werden die Backen der Greifelemente 94, 95 geöffnet,
die Greifelemente 94, 95 noch etwas weiter nach innen verschoben, und dadurch die
fertige Mäanderspule in Zylinderkonfiguration freigegeben.
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Zwei oder mehr erfindungsgemäß erzeugte Mäander-förmige Drahtspulen
in Zylinderkonfiguration können zu einer Drahtspulenanordnung ineinander gefügt
werden, bei der sämtliche hin-und herführenden Mäanderabschnitte der elektrisch
voneinander getrennten Mäanderspulen am Umfang eines Zylinders um die gemeinsame
Zylinderachse herum angeordnet sind, und Überlappungen lediglich im Bereich der
Wickelköpfe auftreten. Wird eine solche Drahtspulenanordnung als Statorwicklung
in einer elektrischen Maschine mit zylindrischem Luftspalt verwendet, so kann bei
einlagiger Ausführung aller Mäanderspulen die Breite des magnetischen Luftspaltes
extrem gering gehalten werden und beträgt nur wenig mehr als die Drahtstärke. Dadurch
kann praktisch der gesamte Umfang eines ringförmigen Rückschlußteils mit den zur
Erzeugung einer EMK wirksamen hin- und herführenden Mäanderabschnitten verschiedener
Spulen in optimaler Anordnung belegt werden. Es kann ein maximaler Füllfaktor bei
geringem Ohmschen Widerstand in einem engen magnetischen Luftspalt realisiert werden,
weil im Luftspalt keine Uberkreuzungen der Mäanderabschnitte auftreten. Dank der
elektrischen Trennung können verschiedene Spulen elektrisch phasenverschoben angesteuert
werden, was insbesondere für die Anwendung einer solchen Drahtspule als Statorwickler
in einem elektronisch kommutierten, vielpoligen Gleichstrommotor wünschenswert ist.
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Die Fig. 10 zeigt eine beispielhafte Drahtspulenanordnung 110, die
aus zwei gegenseitig ineinander angeordneten, jedoch elektrisch getrennten Mäanderspulen
111 und 115 besteht. Je ein Mäanderabschnitt 112 der einen Mäanderspule 111 befindet
sich am gleichen Zylinderumfang innerhalb der Lücke zwischen zwei benachbarten,
hin- und herführenden Mäanderabschnitten 116,117 der anderen Mäanderspule 115. Vorzugsweise
entspricht die Breite "b" des Mäanderabschnittes 112 der Lückenbreite "c" zwischen
den beiden anderen Mäanderabschnitten 116,117, so daß praktisch der gesamte Zylinderumfang
mit Draht belegt werden kann. Die Wickelköpfe 114,118 sind aus der Zylinderkonfiguration
abgewinkelt, so daß die erforderlichen Überkreuzungen nicht im Bereich des Zylinderumfangs
auftreten.
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