DE3832659A1 - Verfahren zum wickeln der windungen einer spule mit torusfoermigem kern sowie mit diesem verfahren gefertigte spule - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wickeln der Windungen einer Spule mit torusförmigem Kern. Die Erfindung betrifft ferner eine mit diesem Verfahren gefertigte Spule.

Das Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung ist gerichtet auf die Verfahren zur automatischen Fer­ tigung von Spulen mit torusförmigem Kern, und die hier folgende Beschreibung betrifft die Fertigung von Spulen für elektrische Differenzialschutzschalter und wurde allein zwecks Vereinfachung seiner Darstellung gegeben.

Spulen dieses Typs haben kleine Abmessungen und erhöhte Empfindlichkeit bei Stromdurchgang. Bei solchen Spulen werden die Windungen der Wicklungen aufgebracht, indem mehrerer Gänge eines Leiters im wesentlichen mittels "Einfädeln" durch den Ring, den der torusför­ mige Kern bildet, gezogen und aufgewickelt werden.

Seitens des Herstellers dieser Spulen besteht das Erfordernis, eine große Stückzahl dieser Spulen in Serienfertigung mit niedrigen Gestehungskosten herzu­ stellen, die vereinbar sein muß mit der weiteren Forde­ rung, ein Produkt hoher Qualität und großer Empfind­ lichkeit herzustellen.

Bis heute wird jede einzelne Spule mit Hilfe von einigen Werkzeugen von Hand hergestellt. Das Verfahren der Handarbeit bringt bemerkenswerte Lasten mit sich, sei es an Kraftaufwand zur Herstellung der Wicklungen, sei es an Lohnkosten und langen Fertigungszeiten. Wei­ tere Nachteile entstehen aus der Schwierigkeit, ein Produkt gleichmäßiger Qualität zu erzeugen.

Bekannt sind ferner automatische Fertigungsver­ fahren für solche Spulen auf vollautomatischen Ferti­ gungsstraßen, was letzten Endes auf eine automatische Wickelmaschine hinausläuft. Diese Maschine ist im all­ gemeinen mit einer Arbeitsstation ausgerüstet, in der ein mechanischer Robotarm einen steifen Kabelleiter um einen torusförmigen Kern wickelt, indem er im wesent­ lichen das Wickelverfahren von Hand wie beim Nähen simuliert.

Jedoch sind die automatischen Fertigungsverfah­ ren des bekannten Typs, wenngleich sie eine Reduktion der Produktionskosten gestatten, noch immer mit Nach­ teilen behaftet, deren bekanntester darauf zurückzu­ führen ist, daß die derzeit eingesetzten Wickelmaschi­ nen sehr komplex und daher sehr teuer sind. Ferner, da diese Maschinen das Wickelverfahren von Hand simulie­ ren, erreichen sie keine spulenzbezogenen Produktions­ zeiten, die es gestatten würden, bei der Serienproduk­ tion größere Einsparungen zu machen.

Das technische Problem, das der vorliegenden Er­ findung zugrundeliegt, besteht darin, ein neues Wickel­ verfahren für die Windungen bei Spulen mit torusförmi­ gem Kern zu ersinnen, das eine beträchtliche Senkung der Produktionskosten dieser Spulen gestattet und dar­ über hinaus eine Vollautomatisierung des Fertigungs­ vorgangs ermöglicht und gleichzeitig die unter Bezug auf den Stand der Technik angeführten Nachteile aus­ schaltet.

Dieses Problem wird gelöst mittels eines Verfah­ rens, das durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:

• - Zubereiten von U-förmig gebogenen Leitungsdraht­ stücken,
• - Aufsetzen einer Vielzahl der genannten Leitungs­ drahtstücke hintereinander auf den Kern,
• - Verbinden eines Endes jeweils eines Leitungsdraht­ stücks mit dem gegenüberliegenden Ende des benach­ barten Leitungsdrahtstücks, um so die Leitungsdraht­ stücke in Reihe zu schalten,
• - Verlöten der genannten Enden.

Ferner betrifft die Erfindung eine Spule mit torusförmigem Kern, mit einer den Kern einhüllenden isolierenden Hülle und einer Wicklung, bestehend aus um den Kern über die genannte Hülle gewickelten Leiterwin­ dungen, dadurch gekennzeichnet, daß jede Windung aus einem Paar nebeneinanderliegender, U-förmig gebogener und auf den Kern aufgesetzter Leitungsdrahtstücke be­ steht, wobei ein Ende eines Leitungsdrahtstücks mit dem gegenüberliegenden Ende (15) des nächsten Leitungs­ drahtstücks verlötet ist.

Die Merkmale und Vorzüge des erfindungsgemäßen Verfahrens gehen aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels hervor, das beispielhaft und nicht einschränkend unter Bezugnahme auf die beiliegen­ den Zeichnungen gezeigt wird, in diesen zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Spule, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Einzel­ teils der Spule gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Spule gemäß Fig. 1 in einer Ausführungsvariante;

Fig. 4 eine seitliche Teilschnittansicht der Spule aus Fig. 1;

Fig. 5 eine Draufsicht auf die Spule aus Fig. 1.

Unter Bezugnahme auf diese Zeichnungen wird mit 1 allgemein eine Spule mit torusförmigem Kern 2 in er­ findungsgemäßer Ausführung bezeichnet. Der Kern 2 hat eine zylindrische Form und wird ausgeführt durch Wic­ keln eines Endlosbands aus ferromagnetischem Blech.

Die Spule 1 ist insbesondere, jedoch nicht aus­ schließlich, zum Bestücken elektrischer Differenzial­ schutzschalter bestimmt, die im Handel als "Salvavita" (Lebensretter) bekannt sind und von der Antragstellerin hergestellt werden.

Diese Spule umfaßt eine isolierende Umhüllung 3 für den Kern 2 mit im wesentlichen der Form eines Parallelepipeds mit gerundeten Kanten. Die Umhüllung 3 besteht aus einem Paar identischer Halbschalen 4 und 5, die auf den Kern 2 aufgeschoben und mittels Schnappver­ schluß zusammengehalten werden, der zusammenfasssend mit 6 gekennzeichnet ist, so daß der Kern 2 in der Um­ hüllung 3 eingebettet ist.

Die Spule 1 vom zweipoligen Typ umfaßt zwei Wicklungen 7, die jeweils aus einer Gruppe von N Win­ dungen 8 je Pol bestehen. Die Windungen 8 sind aus steifem Leiterdraht und um den Kern 2 auf die genannte Umhüllung 3 gewickelt.

Erfindungsgemäß besteht vorteilhaft jede Windung 8 aus einem Paar nebeneinanderliegender und U-förmig gebogener Leitungsdrahtstücke 9. Im einzelnen besteht jedes Leitungsdrahtstück 9 aus einem ersten Ast 10 von vorgegebener Länge, z.B. in der Höhe der Umhüllung 3, und einem zweiten Ast 11 mit größerer Länge.

Diese Leitungsdrahtstücke 9, die jeweils aus einem einzigen steifen, an der Oberfläche mit einer geeigneten Lackschicht isolierten Leiterdraht bestehen, werden nacheinander auf den Kern 2 aufgesetzt, wobei die längeren Äste 11 jeweils ins Innere des Kerns 2 geführt werden.

Vorteilhaft werden in der Umhüllung 3 umfangs­ weise durchgehnde Schlitze 12 eingearbeitet, in denen die Äste 10 der Leitungsdrahtstücke während des Ein­ schiebens geführt und dort untergebracht werden.

Die Enden 14 der Äste 10 der Leitungsdrahtstücke 9 enden in der Höhe der oberen Fläche der oberen Wand 17 der Umhüllung 3 in den Schlitzen, während die Äste 11 größerer Länge vom Inneren des Kerns 2 aus ein Stück 13 über die Höhe der Wand 17 vorstehen.

Der vorstehende Teil 13 der Äste 11 wird umge­ bogen und radial auf der Wand 17 in Richtung auf das Ende 14 des Asts 10 des benachbarten Leitungsdraht­ stücks 9 zu gezogen. Das Ende 15 dieses Teils 13 wird so mit diesem gegenüberliegenden Ende 14 des Asts 10 eines benachbarten Leitungsdrahtstücks 9 in Berührung gebracht und mittels eines Tropfens (16) Lötzinn mit diesem verlötet und bildet so eine Windung 8 der Wick­ lung 7.

Vorteilhafterweise werden in der oberen Wand 17 der Umhüllung 3 radial verlaufende Nute 18 zur Aufnahme des jeweils umgebogenen Teils 13 der Äste 11 der ein­ zelnen Leitungsdrahtstücke 9 ausgespart. Ferner ist in der genannten Wand 17 jeweils an der Einmündung der einzelnen Schlitze 12 eine Aussparung vorgesehen, die den Lötzinntropfen 16 beim Verlöten der beiden Enden 14 und 15 aufnimmt.

An der Spule 1 sind selbstverständlich äußere elektrische Anschlüsse, gekennzeichnet mit 21, für die Endäste 10 und 11 der Wicklungen 7 vorgesehen.

Unter besonderer Bezugnahme beispielsweise auf Fig. 3 wird eine schematische Darstellung einer erfin­ dungsgemäß hergestellten Spule 20 gezeigt. Diese Spule 20 ist vom vierpoligen Typ und enthält eine größere An­ zahl Windungen als Spule 1 in vorstehender Beschrei­ bung, in ihr sind die Windungen 8 in vier Gruppen zu­ sammengefaßt, die jeweils N Windungen enthalten.

Erläuternd sei hier eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spulenwickelverfahrens angegeben.

Zunächst wird der Kern 2 der Spule 1 durch Auf­ ziehen der isolierenden Umhüllung 3 geschützt. An­ schließend besteht der erste Schritt des erfindungsge­ mäßen Verfahrens aus dem Vorbereiten der U-förmig gebo­ genen Leitungsdrahtstücke 9 und dem Aufsetzen einer Vielzahl dieser Leitungsdrahtstücke 9 auf den Kern 2. Die Leitungsdrahtstücke 9 aus einem steifen, mit einem Isolierlack vorbehandelten Leitungsdraht werden durch Abisolieren und anschließendes Verzinnen ihrer beiden Enden 14 und 15 vorbehandelt.

Die zweite Phase des erfindungsgemäßen Verfah­ rens besteht aus dem Umbiegen der überstehenden Teile 13 des zweiten längeren Astes der einzelnen Leitungs­ drahtstücke 9, die aus der Mitte der Umhüllung 3 vor­ stehen. Dieser Teil 13 wird in Richtung auf das Ende 14 des ersten Astes 10 des dem vorherigen benachbarten Leitungsdrahtstücks umgebogen, um auf diese Weise eine Reihenschaltung der benachbarten Leitungsdrahtstücke herzustellen.

Die genannten Enden werden dann miteinander mittels Lötzinn verlötet, und anschließend an diesen Lötvorgang wird der Spannungsabfall der verlöteten Enden gemessen, um die Durchgängigkeit der somit her­ gestellten Windung 8 zu prüfen.

Vorteilhafterweise werden die Arbeitsgänge des Umbiegens und Verlötens der gegenüberliegenden Enden der Leitungsdrahtstücke durch Druck auf die obere Wand 17 der isolierenden Umhüllung 3 ausgeführt, um auf diese Weise schädliche seitliche Beanspruchungen zu vermeiden, die einen Einfluß auf die Struktur und die Form des Magnetkerns ausüben und somit die Empfindlich­ keit der Spule verändern könnten.

Das Wickelverfahren gemäß der vorliegenden Er­ findung hat den großen Vorteil, daß es die Einrichtung einer Montagestraße zur automatischen Fertigung von Spulen mit torusförmigem Kern ermöglicht. Diese Tat­ sache gestattet ein beträchtliches Senken der Ferti­ gungskosten und garantiert ferner eine Verbesserung der Qualität der so gefertigten Spulen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist einfach durchzuführen und umfaßt eine begrenzte Anzahl von Ver­ fahrensschritten, die das aufwendige "Einfädeln" beim Wickeln der Primärspule auf den torusförmigen Kern der Spule vermeiden, wobei die Fertigungszeiten für die Spulen auf ein Miniumum reduziert werden.

Claims (9)

1. Verfahren zum Wickeln einer Spule (1) mit torusför­ migem Kern (2) mit Spulenwicklungen (8), dadurch ge­ kennzeichnet, daß es die folgenden Schritte umfaßt:

• - Zubereiten von U-förmig gebogenen Leitungsdraht­ stücken (9),
• - Aufsetzen einer Vielzahl der genannten Leitungs­ drahtstücke (9) hintereinander auf den Kern (2),
• - Verbinden eines Endes (15) jeweils eines Leitungs­ drahtstücks (9) mit dem gegenüberliegenden Ende (14) des benachbarten Leitungsdrahtstücks (9), um so die Leitungsdrahtstücke (9) in Reihe zu schalten,
• - Verlöten der genannten Enden (14, 15).

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Leitungsdrahtstücke (9) einen ersten Ast (10) mit vorgegebener Länge und einen zweiten Ast (11) mit größerer Länge enthalten, wobei das Ende (15) dieses zweiten Asts (11) eines Leitungsdrahtstücks (9) in Richtung des Endes (14) des ersten Asts (10) des benachbarten Leitungsdrahtstücks gebogen wird, um dort die genannte Verbindung herzustellen.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Leitungsdrahtstücke aus einem ein­ zigen steifen Leitungsdraht bestehen und durch Abiso­ lieren und anschließendes Verzinnen (16) beider Enden (14, 15) vorbehandelt werden.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Lötschritt durch Verlöten der Enden (14, 15) der Leitungsdrahtstücke mit Lötzinn durchge­ führt wird.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem genannten Lötschritt der Spannungsabfall in den verlöteten Enden der Leitungsdrahtstücke gemes­ sen wird.

6. Spule (1) mit torusförmigem Kern (2), mit einer auf den Kern (2) aufgebrachten isolierenden Umhüllung (3) und einer Primärwicklung (7), bestehend aus um den Kern (2) über die genannte Umhüllung (3) gewickelten Windun­ gen (8), dadurch gekennzeichnet, daß jede Windung (8) aus einem Paar nebeneinanderliegender, U-förmig geboge­ ner und auf den Kern (2) aufgesetzter Leitungsdraht­ stücke (9) besteht, wobei ein Ende (14) eines Leitungs­ drahtstücks (9) mit dem gegenüberliegenden Ende (15) des nächsten Leitungsdrahtstücks (9) verlötet ist.

7. Spule gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Leitungsdrahtstück (9) einen ersten Ast (10) mit vorgegebener Länge und einen zweiten Ast (11) mit größerer Länge aufweist, wobei der genannte erste Ast (10) in einen durchgehenden, in die genannte Umhüllung (3) umfangmäßig eingearbeiteten Schlitz (12), und der zweite Ast (11) in die Mitte des Kerns (2) eingeschoben wird.

8. Spule gemäß den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die genannte Umhüllung (3) eine obere Wand (17) aufweist, aus der die genannten radialen Nute (18) zur Aufnahme des umgebogenen Endes (13) des ge­ nannten zweiten Asts (11) der Leitungsdrahtstücke (9) herausgearbeitet sind.

9. Spule gemäß den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der genannten Umhüllung (3) jeweils an der Einmündung der einzelnen Schlitze (12) in der ge­ nannten Wand (17) eine Aussparung (19) zur Aufnahme eines Zinntropfens (16) bei der Verlötung der genannten Enden (14, 15) vorgesehen ist.