DD148283C2 - Ganzformspule fuer rotierende elektrische maschinen,herstellungsverfahren und wickelvorrichtung - Google Patents

Description

a) Titel der Erfindung

Ganzformspule für rotierende elektrische Maschinen, Herstellungsverfahren und Wickelvorrichtung.

Klassifikation; H 02 K, 15/04

b) Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft vorgefertigte Ganzformspulen (Schablonenspulen) mit mehreren Windungen je Spule, insbesondere Ständerspulen fur mittlere und große Drehstrommotoren mit Zweischichtwicklung.

c) Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei der Herstellung von Ständer-Ganzformspulen für rotierende elektrische Maschinen ist es üblich, die Spulen in einer Ebene zu wickeln. Dabei wird das rechteckige Leiterkupfer um die Breitseite gebogen, Um Leiterlänge und Maschinenabmessungen gering zu halten, wird der Bogen möglichst klein gemacht. Das führt aber leicht zum Einreißen der Drahtisolierung, evtl. sogar zu Beschädigungen des Leitermaterials. Trotzdem stellt auch ein enger Bogen eine elektrisch nicht erforderliche Vergrößerung der Leiterlänge dar. Diese Spulen in der sogenannten Nadelform oder Fischform werden zur Aufrechterhaltung der Lage der Windungen zueinander mit Halteband eingebunden und mit einem Imprägniermittel grundverfestigt. Danach werden sie in einer speziellen Vorrichtung senkrecht zur Wickelebene entsprechend dem Wickelschritt gespreizt, so daß sich die geraden Nutteile und die gebogenen Spulenköpfe bilden. In der gleichen Einrichtung werden die Spulenköpfe durch Ziehen über .Formstücke in Kreissegment- oder Evolventenform gebogen und die Nutteile um ihre Längsachse so weit verdreht, wie es der Winkellage der entsprechenden Nuten im Stän-

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derblechpaket entspricht (Öffnungswinkel der Spule). Dabei bleibt als Rest der ursprünglichen Jtfadelform nur der enge Bogen, das sogenannte Auge, in nahezu der ursprünglichen Lage.

Beim Spreizen und Formen, wozu eine relativ komplizierte Einrichtung notwendig ist, werden Leiterkupfer und Isolierung stark beansprucht, so daß die Gefahr weiterer Beschädigungen besteht.

Nachdem die Spule so ihre endgültige räumliche Form erhalten hat, erfolgt das Isolieren. Die geraden 'Teile und Abschnitte der Spulenköpfe werden maschinell mit Isolierband umwickelt oder die geraden Teile werden mit Bahnen aus iBolierfolium versehen und Abschnitte der Spulenköpfe maschinell mit Band umwickelt. Die stark gebogenen Augen der Spulenköpfe können jedoch nur von Hand mit Isolierband umwickelt werden. Das stellt einen hohen Aufwand an anstrengender manueller Arbeit dar und verhindert einen effektiven iiinsatz von Einbindemaschinon. Ив ist auch eine Formapule für kehrschichtwicklungen bekannt (DD-PS Щ 901), bei der die einzelnen Windungen, die in den Nutteilen übereinander liegen, in don Spulenköpfen vom Nutteil aus fächerförmig auseinander streben, in Spulenkopfmitte nebeneinander liegen sowie insbesondere sich kreuzen und sich auf der anderen Seite wieder so ineinander fügen, daß sie im Wutteil wieder übereinander liegen.

Bei diesem Vorschlag wird ein "Auge" vermieden. Es bleibt jedoch offen, wie die Spulenköpfe gestaltet sein sollen, um sie bei der Montage der Spulen zu einem V/icklungskopf zusammensetzen zu können. Auch wird die Belüftung erschwert, besonders radial, und das Wickeln kompliziert, weil jede Windung eine andere Form hat und weil in Spulenkopfmitte alle Windungen Schmalseite an Schmalseite nebeneinander liegen, was wiederum ungünstig für die Stabilitat und das Isolieren der Spule ist.

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d) Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung aind eine Vereinfachung der Spulenherstellung, die Verkürzung der Leiterlänge, die Beseitigung der Gefahr von Beschädigungen, ein effektiverer Einsatz von Einbindemaschinen und eine Verbesserung der Arbeitsbedingungen.

ѳ) Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Zahl der Arbeitsgänge bei der Spulenherstellung zu verringern, dabei enge Bögen an den Spulen zu vermeiden und ein durchgehend maschinelles Isolieren der Spulen zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst mit einer Ganzformspule für rotierende elektrische Maschinen, die, wie üblich, aus zwei geraden Teilen und zwei Spulenköpfen besteht, wobei die geraden Teile entsprechend dem Öffnungswinkel der Spule winklig zueinander stehen und einen entsprechend ihrer Lage als Unter- bzw. Oberlage unterschiedlichen Radius zur Maschinenachse aufweisen und durch die Spulenköpfe miteinander verbunden sind. Das Besondere besteht darin, daß die Spule im mittleren Bereich der Spulenköpfe wendelförmig in einem vom Öffnungswinkel der Spule abhängigen Bogen von mindestens 130° mit einer Schmalseite, die zugleich Breitaeite der untersten Windung ist, eng um ein Segment eines imaginären zylindrischen Ringes (Torus) gebogen ist. 2ur Erleichterung des Aufbringens der Isolierung sind beide Schaltenden an einer Stelle des einen Spulenkopfes an einander gegenüberliegenden Schmalseiten der Spule herausgeführt.

Hergestellt wird eine derartige Spule, indem sie in einem Arbeitsgang in ihre endgültige räumliche Form gewickelt wird, wozu der Wickeldraht mit Vorspannung auf eine rotierende, die endgültige räumliche form

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der Spule umfassende Wickelschablone gewickelt wird, wobei die Wickelschablone beim Wickeln der mittleren Bereiche der beiden Spulenköpfe um eine den geraden Teilen parallele Achse innerhalb des mittleren Bereiches der beiden Spulenköpfe um einen Winkel von der Größe des Öffnungswinkels der Spule an beiden Spulenköpfen jeweils in entgegengesetzter Drehrichtung geschwenkt wird und der zuzuführende Wickeldraht synchron mit dieser Schwenkbewegung und an den beiden Spulenköpfen in jeweils entgegengesetzter Drehrichtung um 180° um seine Längsachse verdreht wird. Zweckmäßig ist es, wenn der Leiterdraht bei seinem Auflegen auf die Wickelschablone ständig, insbesondere mit einem schwingenden Werkzeug, angeschlagen wird.

Zum Herstellen derartiger Spulen dient eine Wickelvorrichtung, bestehend aus einer drehbaren Wickelschablone, einer Antriebseinheit und einer schlitzförmigen Drahtführung, die insbesondere aus Rollenpaaren gebildet ist. Die Wickelschablone enthält Führungen für den gewickelten Draht, und zwar eine für die Breitseite der ersten Windung und eine

dazu senkrechte für jeweils eine Schmalseite aller Windungen, die die endgültige Spulenform freilassen und begrenzen. Sie ist, wie üblich, drehbar um eine Achse in einer Ebene senkrecht zu den geraden Spulenteilen und in der Mitte zwischen ihnen angeordnet und außerdem bis zu 180°

schwenkbar um eine zweite Achse, die die erste Achse kreuzt und parallel zu den geraden Spulenteilen liegt. Die Drahtführung ist synchron mit der Schwenkbewegung der Wickelschablone um 180° und abwechselnd in entgegengesetzter Drehrichtung um die Längsachse des Wickeldrahtes drehbar.

Zweckmäßigerweise ist die Wickelschablone in ihrer Läng3erstreckung, in ihrer Weite und in ihrer Winkligkeit einstellbar.

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f) Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Auaführungsbeiapiel eines 4-poligen Drehstrom-Asynchronmotors von 1000 kW bei 6000 V näher erläutert werden. Der Kotor besitzt eine Zweischichtwicklung aua Einacheiben-Ganzformspulen mit jeweils 6 Windungen. Die Spulenisolierung besteht aus Folienglimmerband, das bereits die erforderliche Menge Bindemittel in Form von heißhärtende m Epoxidharz enthält, In der zugehörigen Zeichnung zeigen ausschnittweise

Pig. 1 den Spulenkopf einer erfindungsgemäßen Ganzformspule in axialer Vorderansicht,

Fig. 2 den gleichen Spulenkopf in radialer Draufsicht,

Fig. 3 die Ausführung der Schaltenden.

Die Ganzformspule besteht aus den beiden geraden Teilen 1 und 2 und den beiden Spulenköpfen, von denen einer 3 dargestellt ist. Die geraden Teile 1; 2 schließen einen Öffnungswinkel 4 von 75° ein. Die Spulenköpfe sind wendelförmig in einem Bogen von 192° um einen imaginären Kreiszylinder (Torus) 5 herumgeführt.

Das Schaltende 6 am Spulonanfang iot entlang dem einen wendelförmig gebogenen Spulenteil bis zum Schaltende am Spulenende geführt. Das hat beim kontinuierlichen maschinellen Einbinden mit Isolierband den Vorteil, daß bei jeder Bandlage duo selbsttätige Isolieren nur einmal unterbrochen werden muß, um das Band von Hand zu führen und über die Schaltenden zu heben.

Diese Spule hat keine engen Bögen mehr. Dadurch entfällt die Gefahr der Beschädigung der isolierten Leiter bei der Spulenherstellung. Die Leiterlänge ist geringer, weil die Spule kein gesondertes "Auge" beiderseits axial anschließend an die übrigen gebogenen

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Spulenteile besitzt, sondern der üblicherweise im "Auge" realisierte Bogen den übrigen Bogen in Form der Wendel überlagert ist. Damit wird auch die Ausladung der Spule geringer, was sich reduzierend auf die Baulänge der gesamten Maschine auswirkt. Darüber hinaus ermöglicht der Wegfall aller engen Bögen ein durchgehendes maschinelles Isolieren mit Isolierband auf einer Einbindemaschine. Diese braucht lediglich eine Pührung für den Einbindekopf entsprechend der räumlichen Spulenform oder muß die Spule entsprechend schwenken und kann dann in einer Ebene einbinden. Damit kann die Einbindemaschine mit hohem Effekt eingesetzt werden und das aufwendige manuelle Einbinden entfällt. Damit werden auch die Arbeitsbedingungen verbessert , denn das nicht ausgehärtetes Epoxidharz enthaltende Isolierband braucht nur noch an den Schaltenden berührt zu werden.

Diese Ganzformspule wird in einem Arbeitsgang in ihre endgültige räumliche Form gewickelt. Das geschieht, indem der Wickeldraht mit Vorspannung auf eine rotierende Wickelschablone gewickelt wird, die bereits die endgültige Spulenform umfaßt. Die Rotationsachse der Antriebswelle ist, wie üblich, waagerecht, der Wickeldraht wird ständig horizontal bzw. nahezu horizontal zugeführt. Während des Wickeins der mittleren Bereiche der Spulenköpfe wird die Wickelschablone um eine den geraden Spulenteilen parallele Achse um den Öffnungswinkel der Spule geschwenkt, so daß der Wickeldraht ständig mit einer Schmalseite auf den Führungen der Wickelschablone aufläuft. Lediglich während der Schwenkbewegung der Wickelschablone wird der Wickeldraht vor Brreiche-n der Wickelschablone um 180° um seine Längsachse gedreht, und zwar abwechselnd im entgegengesetzten Drehsinn, indem eine Drahtführung zwischen Draht'vorrat und Wickelschablone um jeweils 180° geschwenkt wird.

Mit der Anwendung dieaes Verfahrens entfällt der Arbeitsgang "Spulen spreizen und formen" komplett. Das stellt eine erhebliche Einsparung an Arbeitszeit dar. Außerdem entfällt die komplizierte Spreiz- und Formeinrichtung. Schließlich werden Beschädigungen der Isolierung, die beim Formen der Spulen leicht eintreten könnten, vermieden.

Die erfindungsgemäße Wickelschablone zum Herstellen der Ganzformspule ist ein um eine horizontale Antriebswelle rotierendes Stahlgestell, das Führungen aus Winkelstahl für die geraden Spulenteile und die angrenzenden Bereiche der Spulenköpfe enthält. Die Führungen der geraden Teile sind parallel zueinander und achließen einen Winkel ein, der verstellbar und gleich dem Öffnungswinkel der jeweiligon Spule ist. Senkrecht zur Rotationsachse in der Rotationsebene enthält die Wickelschablone zwei Achsstummel im Bereich der Spulenköpfe, um die die Wickelschablone Bchwenkt, wenn der mittlere Bereich der Spulenköpfe gewicicelt wird, um bei unveränderter Richtung der Drahtzufuhr und unveränderter Antriebswelle den Öffnungswinkel zu realisieren. Die Schwenkung wird bewirkt vom Antrieb der gesamten Wickelvorrichtung über ein seitlich der Schwenkachse angelenktes Gestänge. Gleichzeitig schwenkt der Antrieb die schlitzförmige Drahtführung, die aus zwei zueinander senkrechten Rollenpaaren besteht, um 180°,

Diese Wickelvorrichtung steht an Stelle dor bei traditionellen Ganzform3pulon notwendigen Wickelvorrichtung und Spreiz- und Formeinrichtung und verringert den apparativen Aufwand zum Herstellen von Ganzformspulen.

Claims (6)

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   Erf indungs ansp ruch.

   1. Ganzformspule mit mehreren Windungen für rotierende elektrische Maschinen mit Zweischichtwicklung, bestehend aus zwei geraden Teilen und zwei Spulenköpfen, wobei die geraden Teile entsprechend dem Offnungswinkel der Spule winklig zueinander stehen und einen entsprechend ihrer Lage als Unteroder Oberlage unterschiedlichen Radius zur Maschinenachse aufweisen und durch Spulenköpfe miteinander verbunden sind, gekennzeichnet dadurch, daß die Spulenköpfe in ihrem mittleren Bereich wendelförmig in einem vom Öffnungswinkel der Spule abhängigen Bogen von mindestens 180° mit einer Schmalseite , die zugleich Breitseite der untersten Windung ist, eng um ein Segment eines imaginären zylindrischen Ringes (Torus) gebogen sind.
2. 2. Ganzformspule nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß beide Schaltenden an einer Stelle des einen Spulenkopfes an einander gegenüberliegenden Schmalseiten der Spule herausgeführt sind.
3. 3. Verfahren zum Herstellen.von Ganzformspulen tfiit mehreren Windungen für rotierende elektrische Maschinen mit Zweischichtwicklung, gekennzeichnet dadurch, daß eine Spule in einem

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   Arbeitsgang in ihre endgültige räumliche Form gewickelt wird, indem der Wickeldraht mit Vorspannung auf eine rotierende, die endgültige Form der Spule umfassende Wickelschablone gewickelt wird, wobei die Wickelschablone beim Wickeln der mittleren Bereiche der Spulenköpfe um eine den geraden Teilen parallele Achse innerhalb des mittleren Bereiches der beiden Spuleriköpfe um einen Winkel von der Größe des öffnungswinkels der Spule an den Spulenköpfen jeweils abwechselnd in entgegengesetzter Drehrichtung geschwenkt v;ird und der zuzuführende Wickeldraht synchron mit dieser Schwenkbewegung und an beiden Spulenköpfen in jeweils entgegengesetzter

   Drehrichtung um 180° um seine Längsachse verdreht wird.
4. 4. Verfahren nach Punkt 3_S gekennzeichnet dadurch, daß der Wiekeldraht beim Auflegen auf die Wickelschablone ständig·, insbesondere mit

   einem schwingenden Werkzeug, angeschlagen wird.
5. 5. Wickelvorrichtung zum Herstellen von Ganzformspulen mit mehreröη Windungen für rotierende elektrische kascninen mit Zweischichtwicklung, gekennzeichnet dadurch,

   daß sie aus einer drehbaren Wickelschablone, einer Antriebseinheit und einer schlitzförmigen Drahtführung_} die insbesondere aus Rollenpaaren gebildet ist, besteht, dai3 die Wickelschablone führungen für den gewickelten Draht

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   enthält, jeweils eine für die unterste Breitseite der ersten Windung und eine zu ersterer senkrechte für die zur Spulenmitte liegende Schmalseite aller Windungen, die endgültige Spulenform freilassend und begrenzend, daß die Wickelschablone in an sich bekannter Yvfeise um eine Achse drehbar ist, die in der Mitte zwischen den geraden Spulenseiten in einer zu diesen senkrechten Ebene angeordnet ist, daß die Wickelschablone bis

   zu 180° schwenkbar ist um eine zweite Achse, die die erste Achse kreuzt und parallel zu den geraden Spulenteilen liegt und daß die Drahtführung synchron mit der Schwenkbewegung

   der Wickelschablone um 180° und abwechselnd

   in entgegengesetzter Drehrichtung um die Längsachse des Wickeldrahtes drehbar ist.
6. 6. Wickelvorrichtung nach Punkt 5, gekennzeichnet

   dadurch, daß die Wickelschablone in ihrer Längserstreckung, in ihrer Weite und in ihrer Winkligkeit einstel^ar ist.

   Hierzu i. Seilen Zeichnungen