DE10114129A1 - Verfahren zur Herstellung einer rohrförmigen eisenlosen und selbsttragenden Wicklung eines Gleichstrommotors - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer rohrförmigen eisenlosen und selbsttragenden Wicklung eines Gleichstrommotors, bestehend aus mehreren, einander überlappenden Teilspulen, die aus einer Vielzahl von eng aneinanderliegenden, aus Backlackdraht bestehenden Wicklungen gebildet sind, die ähnlich einer Spirale gewickelt und derart gekrümmt sind, dass die mehreren Teilspulen zu der rohrförmigen Wicklung zusammenfügbar sind. Durch Ändern der Spaltbreiten der Wickelvorrichtung lassen sich mehrlagige Teilwicklungen herstellen und durch unterschiedliche Anordnungen der Wickelstifte lassen sich sechseck- oder rautenförmige Teilwicklungen herstellen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer rohrförmigen eisenlosen und selbsttragenden Wicklung eines Gleichstrommotors, bestehend aus mehreren, einander überlappende Teilspulen, die aus einer Vielzahl von eng aneinanderliegenden, aus Backlackdraht bestehenden Windungen gebildet sind, die ähnlich einer Spirale gewickelt und derart gekrümmt sind, dass die mehreren Teilspulen zu der rohrförmigen Wicklung zusammenfügbar sind.

Aus der US-PS 4,130,769 ist bereits eine eisenlose Wicklung bekannt, wobei die einzelnen Teilspulen in einer Ebene gewickelt und verbacken sind und erst anschließend in die gekrümmte Form gebogen werden müssen. Durch den Biegevorgang können die Schweißstellen des Bachlackdrahtes brechen, was einen Verlust der Stabilität zur Folge hat. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Windungen durch den Biegevorgang keine ideale Lage mehr einnehmen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine eisenlose, rohrförmige und selbsttragende Wicklung so herzustellen, dass möglichst wenig Arbeitsschritte nötig sind und die Wicklung dabei stabil und mit ideal angeordneten Windungen herstellbar ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Teilspulen bereits durch den Wickelvorgang in die gekrümmte Form gebracht werden. Dazu sind Wickelbacken vorgesehen, die in einem Abstand des Wickeldrahtes oder eines Vielfachen des Wickeldrahtes zueinander angeordnet sind und somit einen Spalt ergeben, in dem der Backlackdraht geführt ist. Durch das erste Merkmal wird ein Arbeitsschritt eingespart und somit die Wirtschaftlichkeit erhöht. Das zweite Merkmal zeigt eine Möglichkeit auf, die gekrümmte Form der Teilspulen herzustellen, ohne den Aufwand für die Fertigungseinrichtungen zu vergrößern.

Zweckmäßigerweise ist die Grundform der Teilspule rautenförmig oder sechseckförmig gewählt, weil dadurch die geringsten Kupferverluste zu erwarten sind. Die Teilspulen lassen sich am einfachsten in die genannten Formen bringen, indem man die beiden Wickelbacken mit Stiften verbindet, die so angeordnet sind, dass sie die Ecken der Raute oder des Sechsecks bilden. Um diese Stifte, die sich im Wickelspalt befinden, wird dann der Backlackdraht gewickelt.

Das Verfahren erlaubt auch mehrlagige Teilwicklungen zu erstellen. Dazu wird der Abstand der beiden Wickelbacken zueinander so eingestellt, dass er ein Vielfaches des tatsächlichen Wickeldrahtdurchmessers beträgt. Der Wickeldraht ordnet sich beim Wickeln selbsttätig mehrlagig an.

Über ein Distanzstück, das vorzugsweise aus einem Blechteil besteht, und die ein- oder vielfache Stärke des Wickeldrahtdurchmessers besitzt, wird die Spaltbreite festgelegt. Dadurch ist es möglich, mehrlagige Teilspulen zu wickeln, wobei die Vorteile dieser Art von Wicklung gewahrt bleiben. Das Distanzstück kann auch einstückig mit dem inneren oder äußeren Wickelbacken ausgeführt sein.

Der Backlackdraht besteht im Allgemeinen aus drei Komponenten: dem Kern, der vorzugsweise aus Kupfer besteht und den elektrischen Strom leitet, einer ersten Schicht um den Kern, die den Leiter elektrisch isoliert und einer äußeren zweiten Schicht, die aus Backlack besteht und dazu dient, die einzelnen Leiter einer Wicklung miteinander zu verbacken.

Das Verbacken oder Verschweißen des Backlackdrahtes geschieht, indem man den Backlack erhitzt. Durch das Erhitzen wird der Backlack weich oder sogar flüssig. So kann sich der Backlack der sich berührenden Wicklungen miteinander verbinden oder verschmelzen. Beim Erkalten des Backlacks wird dieser wieder fest und hält die Wicklungen zusammen.

Das Erhitzen des Drahtes kann über eine offene Flamme (Flammverbacken), über Heißluft (Heißluftverbacken) oder durch Bestromen geschehen.

Als besonders vorteilhaft hat sich die Maßnahme erwiesen, den Backlackdraht über eine offene Flamme zu erhitzen (Flammverbacken), weil dadurch in sehr kurzer Zeit der Backlack zum Schmelzen gebracht werden kann. Die schnelle Erwärmung erlaubt wiederum einen schnelleren Wickelvorgang.

Da beim Heißluftverbacken nicht die hohen Temperaturen erreicht werden, wie beim Flammverbacken, ist eine langsamere Wickeltechnik nötig. Deshalb sind auch mehrere Wärmequellen zur Erwärmung des Backlackdrahtes sinnvoll.

Die beiden oben genannten Verfahren bieten einen weiteren Vorteil mit der Möglichkeit, den Wickeldraht während des Wickelvorgangs zu erhitzen, so dass er im Spalt zwischen den beiden Wickelbacken abkühlen und verbacken kann. Die so hergestellten Teilwicklungen lassen sich anschließend aus der Wickelvorrichtung entnehmen und bedürfen keiner weiteren Behandlung. Damit sich die Teilwicklung aus der Wickelvorrichtung lösen lässt, empfiehlt es sich, die Berührungsflächen der Wickelbacken mit dem Wickeldraht geeignet zu beschichten. Es ist eine verschleißfeste, sehr glatte und hitzebeständige Oberfläche nötig. Als Beispiel wäre eine verchromte Oberfläche vorstellbar. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Oberfläche vor jedem Wickelvorgang mit einem Trennmittel zu beschichten. Als Beispiel hierfür wäre das Besprühen der Oberfläche mit einem Trennwachs vor jedem Wickelvorgang möglich.

Dei einzelnen Teilwicklungen werden anschließend um eine zylindrische Vorrichtung überlappend angeordnet. Dabei werden Ecken der Teilwicklungen über kleine Stifte, die senkrecht aus dem Zylinder ragen, gelegt und somit am Umfang des Zylinders fixiert. Es hat sich gezeigt, dass die besser federnden rautenförmigen Teilwicklungen leichter auf dem Zylinderumfang montierbar sind, als die sechseckförmigen.

So entsteht eine zylindrischer Wickelkörper, der nun nochmals verbacken wird und die endgültige selbsttragende Wicklung ergibt.

Die erfindungsgemäße Wicklung kann als Teil eines Stators eines bürstenlosen Gleichstrommotors, oder auch als Teil eines Rotors eines Kollektormotors verwendet werden.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Dabei wird auf die Zeichnung Bezug genommen. Es Zeigen:

Fig. 1 einen bürstenloser DC-Motor mit Wicklung als Stator,

Fig. 2 einen Kommutatormotor mit einer Wicklung als Rotor,

Fig. 3 eine Anordnung der Wickelbacken in einer Seitenansicht,

Fig. 4 die Anordnung gemäß Fig. 3 im Schnitt,

Fig. 5 die Anordnung gemäß Fig. 3 in der Draufsicht,

Fig. 6 einen inneren Wickelbacken mit Wickelstiften und Distanzstück und

Fig. 7 die Anordnung gemäß Fig. 6 mit fertig gewickelter Teilspule.

Einander entsprechende Teile sind in den Fig. 1 bis 7 mit denselben Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 und 2 ist ein Gleichstrommotor 1 gezeigt, der eine eisenlose selbsttragende Wicklung 2 enthält. Fig. 1 zeigt den Gleichstrommotor 1 in der Ausführung als bürstenloser Motor mit der Wicklung 2 als Stator 10. Fig. 2 zeigt den Gleichstrommotor 1 in der Ausführung als Kommutatormotor mit der Wicklung 2 als Rotor 11.

Die Anschlüsse der Wicklung 2 spielen erfindungsgemäß keine große Rolle und sind deshalb nicht weiter dargestellt.

Fig. 3 bis 5 zeigen eine Wickelvorrichtung 5 zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Teilspule 3. Die Wickeleinrichtung besteht im Wesentlichen aus einem inneren Wickelbacken 6a, einem äußeren Wickelbacken 6b und aus Wickelstiften 7. In Fig. 4 ist die Form des inneren Wickelbackens 6a gut zu erkennen. Er besteht im wesentlichen aus einem hohlzylindrischen Grundkörper, der auf einer Stirnseite in eine kegelige Form übergeht. Diese Form dient als Einführhilfe beim Wickeln.

An den Randbereichen des zylindrischen Wickelbackens 6a befinden sich zwei zentrische Bohrungen, durch die Wickelstifte 7a geführt sind. Auf diese Wickelstifte 7a wird der äußere Wickelbacken 6b geschoben. Er hat im Wesentlichen die Form eines Hohlzylindersegments. Wie in Fig. 5 zu sehen ist, beträgt der Segmentwinkel ca. 120°. Die beiden Stirnseiten des äußeren Wickelbackens 6b haben, bezogen auf den Gesamtzylinder, die Form eines Innenkegels, so dass die Schnittfläche in axialer Richtung ein Trapez ergibt. Fig. 4 veranschaulicht die beiden kegelförmigen Stirnseiten und die Trapezform der Schnittfläche.

Die beiden Wickelbacken 6a und 6b werden, wie bereits oben erwähnt, durch die beiden Wickelstifte 7a fixiert. Je nach Innendurchmesser des äußeren Wickelbackens 6b, lässt sich ein konstanter Spalt 8 zwischen den beiden Wickelbacken einstellen, wenn man die beiden Wickelbacken im entsprechenden Abstand zueinander anordnet, wie in Fig. 4 und 5 gut zu erkennen ist. In Fig. 6 ist ein Distanzstück 12 dargestellt, das sich im Spalt 8 zwischen dem inneren und äußeren Wickelbacken befindet, und die Spaltbreite genau festlegt. Eine Befestigungsschraube 15 hält die beiden Wickelbacken 6a und 6b fest zusammen. Zwei weitere Wickelstifte 7b werden nach dem Festschrauben der beiden Wickelbacken 6a und 6b zentrisch von außen durch den äußeren Wickelbacken 6b in den inneren Wickelbacken 6a eingeführt. Die Wickelstifte 7a und 7b, ergeben die Eckpunkte der Teilspule 3. Je nach Anzahl und Anordnung der Wickelstifte 7b, lassen sich die Teilspulen 3 in verschieden Formen herstellen.

In Fig. 7 ist eine fertig gewickelte Teilspule 3 dargestellt, die noch von den Wickelstiften 7a und 7b gehalten wird. Es ist gut zu erkennen, dass die Teilwicklung 3 bereits beim Wickeln eine teilzylindrische Form erhält. Nach Entfernung der Wickelstifte 7b lässt sich die Teilwicklung 3 von den Wickelstiften 7a ziehen.

Bezugszeichenliste

1

Gleichstrommotor

2

Wicklung

3

Teilspule

4

Windungen

5

Wickelvorrichtung

6

a,

6

b Wickelbacken

7

a,

7

b Wickelstifte

8

Spalt

9

Backlackdraht (Wickeldraht)

10

Stator

11

Rotor

12

Distanzstück

13

Durchgangsbohrung

14

Gewindebohrung

15

Befestigungsschraube

Claims (14)

1. Verfahren zur Herstellung einer rohrförmigen eisenlosen und selbsttragenden Wicklung (2) eines Gleichstrommotors (1), bestehend aus mehreren, einander überlappende, aus Backlackdraht (7) bestehenden Teilspulen (3), die aus einer Vielzahl von eng aneinanderliegenden, Windungen (4) gebildet sind, die ähnlich einer Spirale gewickelt und derart gekrümmt sind, dass die mehreren Teilspulen (3) zu der rohrförmigen Wicklung (2) zusammenfügbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die aus Backlackdraht (7) bestehenden Teilspulen (3) bereits durch den Wickelvorgang in die gekrümmte Form gebracht werden, wobei Wickelbacken (5a, 5b) vorgesehen sind, die zwischen sich einen gekrümmten Spalt (6) zur Aufnahme der Windungen (4) zumindest einer Teilspule (3) aufweisen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (6) die Dicke des Wickeldrahtes (7) aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (6) ein Vielfaches der Dicke des Wickeldrahtes (7) aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilspulen (3) einlagig gewickelt sind.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilspulen (3) mehrlagig gewickelt sind.

6. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Backlackdraht (7) erhitzt wird, damit der Backlack der einzelnen Windungen miteinander verschweißt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhitzen des Backlackdrahtes (7) unmittelbar direkt vor dem Wickelvorgang erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Backlackdraht (7) unmittelbar vor dem Wickelvorgang durch eine offene Flamme erhitzt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, der Backlackdraht (7) durch Zuführen von elektrischen Strom nach dem Wickelvorgang erhitzt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Backlackdraht (7) durch Heißluft unmittelbar vor dem Wickelvorgang erhitzt wird.

11. Gleichstrommotor nach zumindest einen der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Grundform einer Teilspule (3) rautenförmig ist.

12. Gleichstrommotor nach zumindest einen der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundform einer Teilspule (3) sechseckförmig ist.

13. Gleichstrommotor nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung (2) Teil eines Stators (8) des Gleichstrommotors ist.

14. Gleichstrommotor nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung (2) Teil eines Rotors (9) des Gleichstrommotors ist.