DE10064477A1 - Verfahren zum Wickeln nicht kreisrunder Spulen - Google Patents

Abstract

Die Erfindunbg betrifft ein Verfahren zum Wickeln nicht kreisrunder Spulen, bei dem ein Wickeldraht auf einen Wickeldorn gewickelt und in einem Wickelpunkt zur Auflage kommt, bei dem die Wickelgeschwindigkeit so eingestellt wird, daß sich der Wickelpunkt gegenüber dem Wickeldorn mit konstanter Winkelgeschwindigkeit dreht, wobei der Wickeldraht dem Wickelpunkt mit konstanter Geschwindigkeit zugeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wickeln nicht kreisrunder Spulen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Die Anpassung von Elektromagnete an begrenzte Bauräume erfordert die Entwick­ lung von Elektromagneten mit Spulen, die nicht kreisrund gewickelt sind, sondern die beispielsweise in einer elliptischen oder eckigen Form gewickelt werden. Dabei besteht ein Elektromagnet neben der Spule aus einem Magnetjoch, in dessen Weicheisen zur Aufnahme der Spule ein Spulenfenster ausgearbeitet ist. Durch Schwankungen in den Abmessungen der gewickelten Spulen werden die Spulenfen­ ster etwa 10 bis 20% breiter ausgearbeitet, wobei der verbleibende Spalt nach dem Einsetzen der Spule mit einer wärmeleitfähigen Vergußmasse gefüllt wird. Diese Schwankungen in den Abmessungen nicht kreisrunder Spulen resultieren vor allem aus Verspannungen des verwendeten Spulendrahtes, die sich nach dem Wickeln mit der Zeit entspannen und dabei die Form der Spule verändern.

Für einen hohen Wirkungsgrad des Elektromagneten ist es jedoch notwendig, den Spalt des Spulenfensters so klein möglich auszulegen, um dem magnetischen Fluß möglich viel Weicheisen zur Verfügung zu stellen.

In der DE 21 52 185 ist bereits eine Antriebsvorrichtung für Wickelmaschinen zur Herstellung von Spulen beschrieben, die keinen kreisförmigen Querschnitt aufwei­ sen, wobei mittels eines speziellen Zahnradgetriebes mit ovalen Zahnrädern die Wickelgeschwindigkeit des Drahtes im wesentlichen konstant gehalten wird.

Der Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, daß die Wickelgeschwindigkeit des Drahtes nur im wesentlichen konstant gehalten wird, wodurch es weiterhin zu Span­ nungen in den Spulen kommt.

Zum Wickeln einer Spule wird der Wickeldraht von einer Vorratsrolle über einen Ziehstein im Wickelpunkt auf einem Wickeldorn gezogen. Als Wickelpunkt wird der Punkt bezeichnet, in dem der Wickeldraht auf dem Wickeldorn oder den bereits gewickelten Windungen der Spule zum Aufliegen kommt. Dabei kann die Vorrich­ tung zum Wickeln der Spulen derart konstruiert sein, daß der Wickeldorn selbst angetrieben wird, oder daß der Ziehstein gegebenenfalls samt der Vorratsrolle des Wickeldrahtes um den Wickeldorn rotiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Wickeln nicht kreisrun­ der Spulen gemäß dem Patentanspruch 1 anzugeben, durch welches Spulen gewic­ kelt werden, die frei von Verspannung innerhalb des Spulendrahtes sind, und die sich nach der Herstellung nicht mehr verziehen, wodurch die Spulenfenster der Magnetjoche mit geringeren Toleranzen gefertigt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale in den Kennzeichen des Patentanspruches 1 gelöst.

Demnach wird die Wickelgeschwindigkeit während dem Wickeln der Spule perma­ nent so angepaßt, daß sich der Wickelpunkt gegenüber dem Wickeldorn mit kon­ stanter Winkelgeschwindigkeit dreht. Dadurch wird auch der Wickeldraht dem Wic­ kelpunkt mit konstanter Geschwindigkeit zugeführt.

Die Zuführung des Wickeldraht erfolgt, indem der Wickeldraht von einer Vorratsrolle über einen Ziehstein auf den Wickeldorn gewickelt wird. Dabei kann der Ziehstein gegenüber dem Wickelpunkt so positioniert werden, daß sich der Wickelpunkt ge­ genüber dem Wickeldorn bei zunehmender Dicke der Spule nicht ändert.

In einer Weiterbildung der Erfindung, durch die weitere Spannungen in der Spule vermieden werden sollten ist, daß die Zugkraft, mit welcher der Wickeldraht zur Spule gewickelt wird, konstant gehalten wird.

Dies wird auch unter anderem dadurch erreicht, daß die Position des Ziehsteins und/oder die Position des Wickelpunktes so eingestellt werden, daß die Länge zwischen dem Ziehstein und dem Wickelpunkt konstant gehalten wird.

Dabei ist vorgesehen, daß die Position des Wickelpunkts von einem Sensor erfaßt wird. Das zur Position des Wickelpunktes eindeutige Sensorsignal wird an eine der Wickelvorrichtung zugeordnete Steuereinheit übertragen und zur Regelung der Wickelgeschwindigkeit verwendet, wodurch sich der Wickelpunkt gegenüber dem Wickeldorn mit konstanter Winkelgeschwindigkeit drehen kann.

Um eine möglichst hohe Packungsdichte der gewickelten Spule zu erreichen ist vorgesehen als Wickeldraht einen Kupferdraht mit quadratischem Querschnitt zu verwenden.

In einer letzten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Spulen als Erregerspulen für Elektromagnete zum Bau von Aktoren zur elektromagnetischen Ventilsteuerung verwendet werden. Die im Wesentlichen rechteckigen Magnetjoche weisen ein elliptisches Spulenfenster auf, in welches eine ebenso elliptisch gewic­ kelte Erregerspule eingesetzt und vergossen wird.

Im folgenden ist das Verfahren zum Wickeln nicht kreisrunder Spulen anhand von einem Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit einer Figur dargestellt und erläu­ tert.

Es zeigt die:

Figur eine schematische Darstellung der wesentlichen Bestandteile einer Vorrichtung zum Wickeln einer dreieckigen Spule, die im Wickelpunkt gegenüber dem Wickeldorn mit konstanter Winkelgeschwindigkeit gewickelt wird.

Der Bau von Aktoren zur elektromagnetischen Ventilsteuerung erfordert die Ver­ wendung von Elektromagneten, die einen sehr hohen Wirkungsgrad aufweisen. Ein Aktor besteht aus zwei gegenüberliegenden Elektromagneten, zwischen denen eine Ankerplatte oszilliert, die über einen Stößel auf ein Gaswechselventil wirkt. Dabei hat es sich gezeigt, daß die Magnetjoch der Elektromagnete aufgrund des zur Verfü­ gung stehenden Bauraumes rechteckig geformt werden, wobei die Erregerspulen aus ohmschen Gründen eine ovale Form aufweisen.

Der Wirkungsgrad eines Elektromagneten läßt dahingehend verbessern, daß die verwendeten Erregerspulen in ihrer Form sehr genau gewickelt werden, wodurch die Toleranzen für den Einbau der Erregerspule in das Spulenfenster des Magnetjoches sehr gering gehalten werden können, wodurch dem magnetischen Fluß mehr Weich­ eisen zur Verfügung steht.

Die Form einer Spule kann dann sehr genau reproduziert werden, wenn es gelingt die Spule ohne innere Verspannungen des Spulendrahtes zu wickeln.

Zur Veranschaulichung der Vorteile des Verfahrens zum Wickeln von Spulen wird in diesem Ausführungsbeispiel die Verwendung einer dreieckigen Erregerspule be­ schrieben.

In der Figur sind schematisch die wesentlichen Bestandteile einer Vorrichtung zum Wickeln von Spulen dargestellt. Die Erregerspule 2 wird dabei aus Kupferdraht 5 auf einen Wickeldorn 1 aufgewickelt, auf dem ein Adapter 6 aufgeschoben ist, der die Form der zu wickelnden Erregerspule 2 aufweist, und von dem die fertig gewickelte Erregerspule 2 einfach abgezogen werden kann.

Der Wickeldorn 1 wird von einem Wickelmotor 7 angetrieben, der von einem der Vorrichtung zum Wickeln von Spulen zugeordneten Steuereinrichtung 8 angesteuert und geregelt wird. Zur Regelung ist dem Wickeldorn 1 ein Sensor 9 zugeordnet, der die Istposition des Wickelpunktes A bestimmt. Aus der Kenntnis des Wickelpunktes A wird der Abstand zur Drehachse des Wickeldorns 1 bestimmt. Der Wickelmotor 7 wird dabei so angesteuert, daß sich die Position des Wickelpunktes A gegenüber dem rotierenden Wickeldorn 1 mit konstanter Winkelgeschwindigkeit ändert. Bei der dreieckigen Erregerspule 2 bedeutet dies, daß sich der Wickeldorn 1 schnell dreht, während sich der Wickelpunkt A auf den Schenkeln des Dreiecks bewegt, und sich langsamer dreht, wenn sich der Wickelpunkt A in den Ecken des Dreiecks bewegt. Bei sich mit konstanter Winkelgeschwindigkeit drehenden Wickelpunkt A wird der Kupferdraht 5 mit einer konstanten Geschwindigkeit von der Vorratsrolle 4 dem Wickelpunkt A zugeführt.

Zudem wird die Position des Ziehsteins entsprechend der zunehmenden Dicke der Erregerspule 2 angepaßt, so daß sich der Wickelpunkt A gegenüber der Drehachse des Wickeldorns 1 nicht ändert. Dabei wird auch die Wegstrecke zwischen dem Wickelpunkt und dem Ziehstein konstant gehalten.

Der Ziehstein besteht aus zwei gegensinnig laufenden Walzen 3, die gegeneinander gedrückt werden, und die von einer selbst regelnden Bremsvorrichtung verzögert werden können. Mittels der beispielsweise als Elektromotor ausgeführten Bremsvor­ richtung gelangt der Kupferdraht 5 mit immer der gleichen Vorspannung an den Wickelpunkt A.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Wickeln nicht kreisrunder Erregerspu­ len 2 werden partielle Verspannungen innerhalb des Spulendrahtes 5 vermieden. Dadurch wird das Verziehen der Form der Erregerspulen 2 nach der Herstellung unterdrückt, wodurch die Spulenfenster in den Magnetjochen, in welche die Erre­ gerspulen 2 eingesetzt werden, mit sehr geringeren Toleranzen gefertigt werden können, und die Elektromagnete einen hohen Wirkungsgrad aufweisen.

Claims (7)

1. Verfahren zum Wickeln nicht kreisrunder Spulen (2), wobei ein Wickeldraht (5) auf einen Wickeldorn (1) gewickelt wird und während dem Wickeln in einem Wickelpunkt (A) zur Auflage kommt, dadurch gekennzeichnet, daß die Wickelge­ schwindigkeit so eingestellt wird, daß sich der Wickelpunkt (A) gegenüber dem Wickeldorn (1) mit konstanter Winkelgeschwindigkeit dreht, und daß dabei der Wickeldraht (5) dem Wickelpunkt (A) mit konstanter Geschwindigkeit zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickeldraht (5) von einer Vorratsrolle (4) über einen Ziehstein (3) auf den Wickeldorn (1) gewic­ kelt wird, und daß der Ziehstein (3) und der Wickelpunkt (A) so zueinander posi­ tioniert werden, daß sich der Wickelpunkt (A) des Wickeldrahtes (5) gegenüber dem Wickeldorn (1) bei zunehmender Dicke der Spule (2) nicht ändert.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugkraft, mit welcher der Wickeldraht (5) zur Spule (2) gewickelt wird, konstant gehalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Position des Ziehsteins (3) und/oder die Position des Wickelpunktes (A) so eingestellt wer­ den, daß die Länge zwischen dem Ziehstein (3) und dem Wickelpunkt (A) kon­ stant gehalten wird.

5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die der Wickelpunkt (A) von einem Sensor (9) erfaßt wird, und daß die Wickelgeschwindigkeit mittels des Sensorsignals geregelt wird.

6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß als Wickeldraht Kupferdraht (5) mit quadratischen Querschnitt verwen­ det wird.

7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Spulen als Erregerspulen (2) für Elektromagnete verwendet werden, wobei die Erregerspulen (2) in einer elliptischen Form gewickelt werden, und daß die Erregerspulen (2) in das Spulenfenster eines Magnetjochs eingesetzt werden, und die Elektromagnete zum Bau von Aktoren zur elektromagnetischen Ventilsteuerung verwendet werden.