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Hochkant-Spulenwicklung für elektrische Maschinen und Apparate.
Vorliegende Erfindung betrifft eine besondere Ausführungsart der bekannten Spulenwicklungen aus hochkantig gewickeltem Flachkupfer oder sonstigem Material, die bisher hauptsächlich für Magnetwicklungen grösserer Maschinen Verwendung gefunden hat.
Die Verwendungsmöglichkeit der in üblicher Weise ausgeführten Hochkantspulen ist jedoch an einige Voraussetzungen gebunden. Zunächst ist es notwendig, den Spulen kreisrunde oder ovale Formen zu geben. Dabei hängt das Mass des kleinsten Krümmungsradius von den Querschnittsdimensionen des Leiters und dessen Biegsamkeit ab : je breiter und flacher das Leiterband ist, desto grösser muss der Radius sein, um welchen es gerade noch hochkant gebogen werden kann. Da nun meistens durch die Abmessungen einer Maschine der Krümmungsradius und die radiale Stärke der Spule (welche im Falle der Hochkantwicklung gleich ist der Breite des Kupferbandes) bestimmt ist, so ergibt sich dadurch eine Minimalstärke des Bandes in axialer Richtung der Spule, welche mit Rücksicht auf gutes Hochkantbiegen nicht mehr unterschritten werden kann.
Damit ist auch ein Minimalquerschnitt und eine Begrenzung des Stromes nach unten gegeben, für welche eine Hochkantwicklung im betreffenden Falle noch ausführbar ist.
Ein zweiter Nachteil der normalen Hochkantwicklung liegt darin, dass beim Biegen die innen liegende Kante gestaucht, die aussen liegende Kante gedehnt wird, wodurch sich der ursprünglich rechteckige Querschnitt in einen keilförmigen verwandelt und die aufeinanderliegenden Flächen der einzelnen Windungen nicht mehr parallel bleiben, was im Hinblick auf die eingelegte Isolation nicht günstig ist. Bei kreisrunder Spule kann man dem zwar abhelfen, indem man dem Kupfer von Haus keilförmigen Querschnitt gibt und in dem Sinne biegt, dass er in der fertigen Spule rechteckig wird. Dieses Mittel versagt naturgemäss bei ovalen Spulen, zu welchen aber die Maschinenabmessungen meist zwingen.
Die im weiteren beschriebene Neuerung soll nun eine Herabsetzung des Leiterquerschnittes, d. h. die Anwendung von Hochkantspulen auch für kleinere Stromstärken, ausserdem die Ausführung derselben als rechteckige und mehreckige Spulen in beliebiger Abmessung mit überall rechteckigem Leiterquerschnitt ermöglichen.
Gemäss der Erfindung wird die Wicklung in folgender Weise hergestellt :
Bezeichnet man mit a die radiale Spulenausdehnung (Breite des Leiters auf der Spule), mit b die Höhe des erforderlichen Leiterquerschnittes, mit a x b also den Querschnitt selbst,
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diesem Bande werden, wie Fig. i zeigt, in entsprechend regelmässig wiederkehrenden Abständen c und d, welche die lichten Weiten der zu wickelnden Spulen darstellen, Quadrate von der Seitenlänge a ausgestanzt. Das so zugeschnittene Bind wird dann um die Mittellinie x-x umgebogen, so dass sich ein Leiter von der Breite a, der Dicke b längs c und d
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wird dieses Band abermals um die in Fig. 2 angedeuteten Diagonalen A-E, F-D usw. der ausgenommenen Quadrate zusammengebogen, wodurch die einzelnen Windungen mit den gewünschten Seitenlängen e, d entstehen (Fig. 3).
Der Vorgang bei dieser Operation ist dabei gemäss Fig. 5 so gedacht, dass sich die Spule auf ein um seine Vertikalachse drehbares Prisma P aufwickelt. Die Linie y-y bedeutet die räumliche Lage der Kante, um welche die Ecken jedesmal gebogen werden. Das nach Fig. 2 vorbearbeitete Band befindet sich auf der Trommel T in einiger Entfernung von y-y. Es mag nun den Anschein haben, als wenn beim Aufwickeln der Spule und jedesmaligen Umbiegen des von der Trommel ablaufenden Bandes, dieses eine stets zunehmende Verdrillung erfahren müsste. Man kann dies bei feststehender Biegungskante y-y dadurch umgehen, dass man das Prisma P abwechselnd vor dem Abbiegen einer Ecke um 900 in einem und vor dem Abbiegen der nächstfolgenden Ecke um 2700 im entgegengesetzten Sinne unter Festhaltung des bereits aufgewickelten Bandes verdreht.
Durch diesen Wechsel des Drehsinnes entsteht anstatt einer fortschreitenden, nur eine zeitweilige geringe Verdrillung des Bandes, welche bei genügender Entfernung zwischen Trommel und Prisma nicht hinderlich wirkt.
Man könnte auch die Parallellogramme auf derselben Seite des Bandes ausstanzen, wobei das Band ohne Rückdrehung der Spule fortlaufend aufgewickelt werden könnte. Es müsste dann aber die Biegungskantey-y abwechselnd um 900 in der Horizontalen verdreht werden.
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Bei der beschriebenen Ausführungsform der Hochkantspulen lässt sich bedeutend dünneres Leitermaterial verarbeiten als nach der Methode des Hochkantbiegens, und es wird dadurch möglich, Spulen für kleinere Stromstärken und Spulen von beliebigen Seitenlängen auszuführen, bei denen auch die Isolation zwischen den stets parallel bleibenden aufeinanderliegenden Flächen der einzelnen Windungen gut festsitzt.
Wie aus Fig. i zu ersehen ist, hat der Querschnitt an den Stellen der ausgestanzten Quadrate den halben Betrag des ursprünglichen Querschnittes, Die dadurch entstehende Widerstindserhöhung des ausgestreckten Bandes kommt aber im zusammengelegten Zustande in der fertigen Spule nicht mehr voll zur Geltung. Denn die aufeinanderliegenden Flächen der beiden Teile, welche eine Windung bilden, geben soweit Kontakt, dass mit Ausnahme der Fugen A-B, B-E, D-F usw. (Fig. 3) der Gesamtkörper einer Windung elektrisch einem homogenen Kupferkörper fast gleichkommt. Die Querschnittkontraktion ist somit auf das kurze Stück von der Länge einer Fugenbreite reduziert.
Die an diesen Stellen entstehenden Wärmemengen sind sehr klein und es ist für diese eben eine gute Ableitung nach beiden Seiten des gut leitenden Kupferbandes gegeben. Übrigens kann die Widerstandserhöhung dadurch beseitigt werden, dass die zusammengefalteten Teile des Bandes an den Stellen der Dreiecke A-B-E. C-D-F usw. mit einander verlötet oder verschweisst werden. Hierbei können auch die Fugen A-B, B-E, C-F, C-D usw. leitend überbrückt werden, so dass an keiner Stelle eine Querschnittsverminderung stattfindet.
Die Verlötung, Verschweissung, gegebenenfalls Vernietung, der zusammengefalteten Bandteile an den Ecken oder auch nach der ganze Länge erfolgt erfindungsgemäss noch zu dem Zwecke, damit in dem Falle, als die Spulen für umlaufende Wicklungen verwendet werden, eine grössere mechanische Festigkeit erzielt werde.
Die in neuerer Zeit zwecks Vergrösserung der Oberfläche ausgeführten Hochkantrippenspulen, bei welchen einzelne Windungen über die anderen hervorstehend ausgeführt werden, lässt sich auch mit der neuen Wicklungsart erreichen. Es sind zu diesem Zwecke nur die Längen c und d stellenweise entsprechend zu vergrössern. Eine solche Ausführung ist in Fig. 4 dargestellt. Nach einer Anzahl Windungen mit den Seitenlängen c und d folgt eine Windung mit den grösseren Längen c'und d'und ragt infolgedessen über die anderen Windungen vor.
Auch vieleckige Spulen können nach der neuen Methode ausgeführt werden, nur sind dabei statt der Quadrate Parallelogramme auszustanzen.
PATENT-ANSPRÜCHE : I. Hochkantspulenwicklung für elektrische Maschinen und Apparate, gekennzeichnet durch einen bandförmigen Leiter von doppelter Breite und halber Höhe des erforderlichen
Leiterquerschnittes, der am Rande mit im wesentlichen parallelogrammförmigen Aus- nehmungen versehen ist und einerseits um die Mittellinie des Bandes und andrerseits um
Diagonalen der parallelogrammförmigen Ausnehmungen zu eckigen Windungen flach zu- sammengebogen ist.