DD151031A3

DD151031A3 - Verfahren zum herstellen isolierter ganzformspulen fuer elektrische maschinen

Info

Publication number: DD151031A3
Application number: DD21008278A
Authority: DD
Inventors: Wilfried Neubert; Joergen Stender
Original assignee: Wilfried Neubert; Joergen Stender
Priority date: 1978-12-22
Filing date: 1978-12-22
Publication date: 1981-09-30
Also published as: DE2948677A1; SU1220062A1; CS227357B1; BG33722A1

Abstract

Die isolierte Ganzformspule mit mehreren Windungen fuer Staender dynamoelektrischer Maschinen mit zweischichtwicklung bezweckt gegenueber ueblichen Ganzformspulen eine geringerLeiteterlaenge, Beseitigung der Gefahr von Beschaedigugen beim Wickeln und Formen, Verbesserung der Arbeitsbedingungen und vor allem die Moeglichkeit des durchgehenden maschinellen Einbindens durch Wegfall aller engen Boegen an der Spule. Die erfindungsgemaesze Ganzformspule besitzt im mittleren Bereich der Spulenkoepfe kein "Auge", sondern ist hier wendelfoermig um mindestens 180 Grad mit einer Schmalseite eng um ein Segment eines imaginaeren zylindrischen Ringes (Torus) gebogen. Diese Ganzformspule wird flach gewickelt, wozu eine Wickelschablone mit zwei parallelen, etwas versetzten Wickelebenen dient. Beim Herstellen der Mitte der Spulenkoepfe wird der Wickeldraht um seine Laengsachse verdreht. Die Spule wird in dieser flachen Form durchgehend maschinell mit Isolierband isoliert und abschlieszend in ihre raeumlich Form gebracht, wozu eine Spulenspreiz- und Biegemaschine dienen kann, an der auf das Spreizen verzichtet wird.

Description

a) {Titel der Erfindung

Verfahren zum Herstellen isolierter Ganzformspulen für elektrische Maschinen

b) Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft vorgefertigte Ganzformspulen {Sciiablonenspulen) mit mehreren Windungen je Spule, insbesondere Hochspannungs-Ständerspulen für mittlere und große rotierende Drehstrommotoren sowie Linearmotoren 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 Bbene zu wickeln. Dabei wird aas 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 Nadelforni oder Flachform werden zur Auf-. rechterhaltung der Lage der Windungen zueinander mit Halteband eingebunden und mit einem Imprägniermittel grundverfe3ti.gt. Danach werden sie in einer speziellen Vorrichtung senkrecht zur wickelebene entsprechend dem V/ickelschritt gespreizt, so daß sich die geraden xlutteile und die gebogenen Spulenköpfe bilden. In der gleichen Einrichtung werden die Spulenköpfe durch Ziehen über !Formstücke in Kreissegment- oder ivolventenform gebogen und die liutteile um ihre Längsachse so weit verdreht, wie

2 10 0 8 2

es der Winkellage der entsprechenden Nuten im Ständerblechpaket entspricht (öffnungswinkel der Spule). Dabei bleibt als Rest der ursprünglichen Nadelform nur der enge Bogen, da3 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 Isolierfolium 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 Einsatz von Einbindemaschinen.

Es ist auch eine Form3pule für Mehrschichtwicklungen bekannt (DD-PS 50 901), bei der die einzelnen Windungen, die in den liutteilen übereinander liegen, in den Spulenköpfen vom Nutteil aus fächerförmig auseinander streben, in Spulenkopimitte nebeneinander liegen sowie insbesondere sich kreuzen und sich auf der anderen Seite wieder so ineinander fügen, daß sie im Nutteil wieder übereinander liegen.

Bei diesem Vorschlag wird ein "Auge¹¹ vermieden. Es bleibt jedoch offen, wie die Spulenköpfe gestaltet sein sollen, um sie bei der Montage der Spulen zu einem Wicklungskopf zusammensetzen zu können. Auch wird die Belüftung erschwert, besonders radial, und das Wickeln kompliziert, weil jede Windung eine andere Form hat

- 3 - 2 10082

und weil in Spulenkopfmitte alle Windungen Schmalseite an Schmalseite nebeneinander liegen, was wiede· ruxii ungünstig für die Stabilität und das Isolieren der Spule ist.

Zur Vermeidung von Beschädigungen an Isolierung und Leitermaterial und zur Verkürzung der Leiterlänge ist bekannt, im Spulenkopf an Stelle einer Rollierung (Auge), eine Wendelung um 180° um eine Linie außerhalb der Spule herzustellen (DD-PS 117 155, DD-PS 116 717)«

Dazu werden gerade Leiterstücke der notwendigen Länge in der Mt te entsprechend der vorgesehenen Form des Spulenkopfes hochkant gebogen, dann in der Mitte des Bogens arretiert und beiderseits um jeweils 90° in einander entgegengesetzter Richtung um eine Linie außerhalb der Leiter und parallel zu ihnen gedreht. Die weitere Bearbeitung erfolgt wie üblich durch Biegen, Isolieren usw·

Vor aus set s uiig dafür ist, daß es sich um offene Spulen bzw. Leiter handelt, wie sie als offene Ankerspulen und als Ausgleichsleiter für Kommutatormaschinen verwendet werden· Ganzfoxmspulen (Schablonenspulen) sind jedoch geschlossene Spulen aus mehreren bzw» vielen Windungen entsprechend der elektrischen Spannung^ der Ständerwicklung von Drehstrommaschinen, Der Wickeldraht durchläuft also eine Vielzahl von Spulenköpfen, so daß sich die Methode des Verdrillens eines Leiters beiderseits der Mitte eines Spulenkopfes nach den bekannten Lösungen nicht anwenden läßt. So werden nach wie vor alle !indungen einer Ganzformspule durch fortlaufendes Wickeln auf einer Wickelmaschine hergestellt j wonach dar Ganzformspule durch Spreizen und Biegen ihre notwendige räumliche Form gegeben wird*

d) Ziel der Erfindung Z I U ü O

Ziel der Erfindung sind die Verkürzung der Leiterlänge, die Beseitigung der Gefahr von Beschädigungen, aber vor allein ein effektiverer Einsatz von Einbindemaschinen ohne wesentliche Erhöhung des apparativen Aufwandes und eine Verbesserung der Arbeitsbedingungen.

e) Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, enge Bögen an den Spulen zu vermeiden und ein durchgehend maschinelles Isolieren der Spulen zu ermöglichen, ohne die Herstellungsweise wesentlich zu komplizieren.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst mit einer isolierten Ganzformspule, 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 180°, mit einer Schmalseite, die zugleich Breitseite der untersten Windung ist, eng um ein Segment eines imaginären zylindrischen Körpers gebogen ist. Bei Spulen für rotierende elektrische Maschinen ist dieser imaginäre zylindrische Körper ein zylindrischer Ring (Torus), bei Spulen für Linearmotoren ein gerader Zylinder. Zur Erleichterung des Aufbringena der Isolierung sind beide Schaltenden an einer Stelle des einen Spulen-

kopfes an einander gegenüberliegenden Schmalseiten der Spule herausgeführt.

Hergestellt wird eine derartige Spule, indem sie als flaches Gebilde in zwei zueinander parallelen Ebenen, die der Punktion der Spulenseiten als Unter- bzw. Oberlage entsprechen, mit je einem übergang von Ebene zu Bbene im. mittleren Bereich der beiden Spulenköpfe auf einer rotierenden Wickelschablone gewickelt wird, wobei der hochkant zuzuführende Wickeldraht beim Bewickeln der einen übene von rechts , beim Bewickeln der anderen jübene" von links zugeführt und während der Bildung der 'übergänge abwechselnd in entgegengesetzter Drehrichtung um 180 um seine Längsachse verdreht wird. Isoliert wird die Spule in dieser flachen form mascJainell und kontinuierlich an allen Spulenteilen.

Danach wird die Spule in ihre endgültige räumliche Form gebracht, indem die geraden j?eile gefaßt und in eine dem Öffnungswinkel der Spule entsprechende Winkellage zueinander gedreht und dabei die Spulenköpfe über Po rmstücke in die notwendige Po rm gezogen werden. Zweckmäßigerweise werden die geraden Spulenteila nach dem Isolieren und vor dem abschließenden Pormen formstabilisiert, während das .aushärten der gesamten Isolierung nach dem Formen, insbesondere nach dem· Montieren der Spulen in der elektrischen .-Maschine, erfolgt. Ss ist auch zweckmäßig, wenn der Wiekeldraht bei der Bildung der der ersten Windung folgenden Windungen auf der einen Spulenseite rechts, auf der anderen links an der zuvor gewickelten Windung angelegt und an den übergängen von einer Wickelebene in die andere Breitseite an Breitseite an der zuvor gewickelten Windung entlanggeführt wird. -Beim Isolieren an den Schaltenden ist es vorteilhaft, wenn die ainbindemaschine im Schleichgang gefahren oder angehalten wird und das Isolierband von Hand geführt und über die Schaltenden gehoben wird. Ji'a kann

_ ₆ _ 210082

auch günstig sein, den Bereich der Schaltenden von Hand vorzuisolieren und dann beim maschinellen Einbinden in diesem Bereich den Steigungswinkel, mit dem das Isolierband aufgebunden wird, zu vergrößern. Entsprechend ist es zweckmäßig, zum Aufbringen einer größeren Isolierungsdicke auf den Eutteilen den Steigungswinkel, mit dem das Isolierband aufgebunden wird, zu verringern. Bei Spulen für Linearmotoren endet die Herstellung der erfindungsgemäßen Spulen mit deren Isolierung; das abschließende Herstellen einer räumlichen Form entfällt.

Zum erfindungsgemäßen Herstellen der Spulen nach dem erfindungsgemäöen Verfahren dient erfindungsgemäß eine Wickelvorrichtung, bestehend aus einer drehbaren Y/ickelschablone, einer Antriebseinheit und einer schlitzförmigen Drahtführung, die insbesondere aus Rollenpaaren gebildet ist. Die Wickelschablone besitzt zwei einander parallele Wickelebenen für die beiden Spulenseiten und weist für die geraden Spulenteile und die angrenzenden Bereiche der Spulenköpfe seitliche Führungen auf, die die unterste Breitseite der ersten Windung führen, und dazu senkrechte Führungen, die die zur Spulenmitte v/eisenden Schmalseiten aller Windungen führen. Während der Bildung der übergänge zynischen den Wickelebenen ist die Drahtführung um 180° um die Längsachse des Wickeldrahtes drehbar, an beiden Spulenköpfen abwechselnd in entgegengesetzter Drehrichtung. Die beiden einander parallelen Wickelebenen sind zueinander vex'setzt, insbesondere entsprechend dem Versatz der als Unter- bzw. Oberlage fungierenden Spulenseiten. Bei bestimmten Abmessungen des Wickeidrahtes kann eine zu den beiden Wickelköpfen paralle-"Ie und zu den geraden Spulenteilen senkrechte zylinderförmige Führung für die erste Windung am mittleren Bereich jedes Spulenkopfes vorteiliiaft sein.

-j- 210082

f) Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel eines 4~poligen Drehstrora-Asynchronmotors von 1000 kV/ bei 6000 V näher erläutert werden. Der Motor besitzt eine Zweischi entwicklung aus Einscheiben-Ganzformspulen mit jeweils 6 Windungen. Die Spulenisolierung besteht aus Folienglimmerband, das bereits die erforderliche Menge Bindemittel in Form von hei^härtendem Epoxidharz enthält.

• 10 In der zugehörigen Zeichnung zeigen ausschnittweise

Pig. 1 . den Spulenkopf einer erfindungsgemäSen Ganzformspule nach dem Isolieren vor dem abschließenden Herstellen der räumlichen Form, so wie sie für Linearmotoren geeignet ist, in axialer Vorderan

sicht und

Fig. 2 den gleichen Spulenkopf in radialer

Draufsicht, Pig. 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 sind einander parallel und liegen in zwei Ebenen, die zueinander um einen lichten Abstand von 50 inni versetzt sind. Dabei beträgt der Spulenquerschnitt 30 mm χ 10 mm. Die Spulenköpfe sind wendelförmig in einem .Bogen von 180° um einen imaginären geraden Zylinder 8 von 50 mm Durchmesser herumgeführt. Beim Herstellen der räumlichen Form wird aus diesem geraden Zylinder 8 ein Kreiszylinderabschnitt, der Bogen des wendeiformigen Spulenabschnittes wächst auf mehr als 180° und die beiden geraden Teile 3chlie3en den öffnungswinkel 4 der Spule ein. Das eine Schaltende 6 am Spulenani'ang ist entlang

- 1 - 2 10 0 8 2

dem wendelförmig gebogenen Spulenteil des Spulenkopfes 3 bis zum anderen Schaltende 7 am Spulenende geführt. Das hat beim kontinuierlichen maschinellen Einbinden mit Isolierband den Vorteil, daß bei jeder Bandlage das automatische Isolieren nur einmal unterbrochen werden muß, um das Isolierband 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 Spulenteile besitzt, sondern weil der üblicherweise im "Auge" realisierte Bogen den übrigen Bögen 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 kann die Spule aufgrund ihrer beim Isolieren noch flachen Form mit optimalem Effekt einbinden. Das aufwendige manuelle Einbinden entfällt vollständig und die Arbeitsbedingungen werden verbessert, weil das klebrige, ungesundes Lösungsmittel enthaltende nicht ausgehärtetes Epoxidharz enthaltende Isolierband nur noch an den Schaltenden berührt zu warden braucht.

Hergestellt wird diese Spule, indem sie als flaches Gebilde gewickelt wird. Entsprechend dem mittleren Versatz der beiden Spulenseiten (Unter- und Oberlage) um 80 mm bei einem lichten Abstand.von 50 mm sind die Wickelebenen der Wickelschablone ebenfalls versetzt. Der Draht wird hochkant zugeführt und im Bereich der Spuienköpfe um die schmale Seite gebogen. Er wird an

s- 2 10 0 8 2

den Breitseiten bei der ersten Windung von der Wickelschablone, bei den nächsten Windungen von der jeweils · vorausgehenden Windung seitlich gehalten. Bei der Bildung der übergänge von einer Wickelebene in die andere wird der zugeführte Wickeldraht um 180° um seine Längsachse verdreht, an beiden. Spulenköpfen in entgegengesetzter Drehrichtung. Zugleich erfolgt ein Versatz von der einen Wickelebene in die andere, der bei der ersten bindung 53>1 mm beträgt (Dicke des Wickeldrahtes + zweimal Isolierungsdicke + Versatz von 50 mm) and bei jeder weiteren Windung um die zweifache Dicke des Wickeldrahtes zunimmt. Durch das gleichzeitige Verdrehen des Wickeldrahtes und das Versetzen der Schablonenenden erhält der Leiter die Form einer Schraubenlinie (Wendel) und läßt einen Raum frei, in den ein gerader Zylinder von 50 mm Durchmesser paßt. Die folgenden Windungen legen sich mit ihren Breitseiten jeweils auf die Breitseite der vorhergehenden, so daß schließlich die ganze Spule um diesen imaginären Zylinder gewickelt erscheint. Die Spule wird nun an mehreren Stellen abgebunden, so daß sie nicht auseinanderfällt, und auf einer ß'inbindemas chine mit Isolierband durchgehend isoliert. An den beiden Schaltenden, die an eine Stelle verlegt wurden, muß die Binbindemaschine langsam gefahren werden, um das Isolierband von Hand über die senkrecht abstehenden Schaltenden heben zu können. Der Binbindekopf wird an den übergängen von einer Wickelebene zur anderen nachgeführt. Beim Bewickeln der Nutteile wird der Steigungswinkel, ßiit dem das Isolierband um das Laiterbündel gewickelt wird, verringert, so daß das Isolierband, das am Spulenkopf halbüberlappt aufgebunden wird, enger¹ aufgebunden wird. Das bedeutet eins erhöhung der Isolierungsdicke und eine Verlängerung des Kriechweges, so daß

AO

9 - 2 10082

die Mutteile schließlich wie üblich eine dickere Isolierung haben als die Spulenköpfe, jedoch ohne eine zusätzliche Lage Isolierband. Nachdem die flache Spule so isoliert wurde, wird sie mit ihren geraden !Teilen in eine beheizte Presse eingelegt, erwärmt, auf das vorgeschriebene Maß gepreßt und abgekühlt (Formstabilisierung). Schließlich wird die flache Spule in eine der bisher verwendeten Spulenspreiz- und -formmaschinen eingelegt, in der sie unter Weglassen des Spreizens an den formstabilisierten geraden !feilen gefaßt und in ihre endgültige räumliche Porm gebracht wird.

Durch den Wegfall des Spreizens werden starke Verformungen und dadurch hervorgerufene Beschädigungen vermieden. Auf den Hauptvorteil, das optimale Isolieren mittels üinbindemaachine bei flacher Spulenform, wurde bereits hingewiesen.

Die horizontal rotierende Wickelschablone besteht aus zwei verbundenen hölzernen Hälften, jede für eine Spulenseite. Sie besitzen je eine radiale und eine axiale Führung für den Wickeldraht. Beide Hälften sind axial versetzt zueinander. Die rechte hat·die axiale Führung links, die linke rechts. Der Versatz ist nur so groß, daß er an den axialen Führungsflächen im Falle der beispielaweise erläuterten Ganzformspule 50 mm beträgt.

An den Spulenköpfen lassen die beiden Schablonenhälften tangential 100 miß für die Bildung des wendeiförmigen Bereiches des Spulenkopfes frei. Der Antrieb der Schablone schwenkt auch die schlitzförmige Drahtführung, die aus zwei zueinander senkrechten Rollenpaaren besteht.

Diese Wickelvorrichtung*ist nicht viel komplizierter als die für die üblichen itfadel- oder Fischformspulen und ermöglicht somit ohne wesentlichen Mehraufwand die Herstellung der erfindungsgemäßen Ganzformspule.

Claims

Erfindungsanspruch

Verfahren zum Herstellen isolierter

* Ganzforinspulen mit mehreren V/i ndungen

für dynamoelektrische Maschinen mit

Zv/eis chi entwicklung, gekennzeichnet dadurch, daß eine Spule als flaches

Gebilde in zwei der Punktion der Spulenseiten als Unter- bzw. Oberlage entsprechenden zueinander parallelen Ebenen mit je einem Übergang von Ebene zu Ebene

-JO ifli mittleren Bereich der beiden Spulen-

kb'pfe auf einer rotierenden "Wickelschablone gewickelt wird, daß der hochkant zuzuführende Wickeldraht beim Bewickeln der einen Ebene von rechts, beim Bewickeln der anderen Ebene von

links zugeführt und während der Bildung der Übergänge abwechselnd in entgegengesetzter Drehrichtung um 180° um seine Längsachse verdreht wird, daß die Spule in dieser flachen Form maschinell konti

nuierlich an allen Spulenteilen isoliert wird und daß die Spule danach in ihre endgültige räumliche Form gebracht wird, indem die geraden Teile gefaßt, in eine dem Öffnungswinkel der Spule entsprechende

Winkellage zueinander gedreht und dabei die Spulenköpfe über Formstücke in die notwendige form gezogen werden.

2_e Verfahren zum Herstellen von Ganzformspulen nach Punkt 5» gekennzeichnet da

durch, daß die geraden Teile der Spule nach dem Isolieren vor dem Formen form-

210082

3. Verfahren zum Herateilen von Ganzformspulen nach Punkt 5> gekennzeichnet dadurch, daß der Wickeldraht bei der Bildung der der ersten Windung, folgenden ; Windungen auf der einen Spulenseite rechts, auf der anderen Spulenseite links an der zuvor gewickelten Windung angelegt und an den Übergängen von einer Wickelebene in die andere Breitseite an Breitseite an der zuvor gewickelten Windung entlanggeführt wird.

4_# Verfahren zum Herstellen von Ganzformspulen nach Punkt 5» gekennzeichnet dadurch, daß die Einbindemaschine bei den Schaltenden im Schleichgang gefahren oder angehalten und das Isolierband von Hand geführt und über die Schaltenden gehoben wird.

5· Verfahren zum Herstellen von Ganzformspulen nach Punkt 8, gekennzeichnet dadurch, daß an den Schaltenden von Hand vorisoliert wird und dann beim maschinellen Einbinden in diesem Bereich der Steigungswinkel, mit dem das Isolierband aufgebunden wird, vergrößert wird.

5_# Verfahren zum Herstellen von Ganzformspulen nach Punkt 5, gekennzeichnet dadurch, . daß zum Aufbringen einer größeren Isolierungsdicke auf den Nutteilen der Steigungswinkel, mit dem das Isolierband aufgebunden wird, verringert wird.

Hierzu..JL.Seiten Zeichnungen