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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft ein Arbeitsverfahren und eine Vorrichtung zum
Wickeln einer dreidimensional geformten elektrischen Spule aus bandförmigen Leitern,
und zwar wie sie z. B. als Spulenwicklungen mit stirnseitig hochgebogenen
Wickelköpfen und dazwischen längs verlaufenden,
geraden Wicklungsabschnitten u. a. für elektrische Maschinen
verwendet werden. Ferner betrifft die Erfindung eine dreidimensional
gewickelte Spule.
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Stand der Technik
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In
der
DE 10 2006
009 250 A1 wurde eine so genannte sattelförmige
Spulenwicklung unter Verwendung bandförmiger Supraleiter
und ein Verfahren zur Herstellung derartiger Spulenwicklungen beschrieben.
Im weiteren Sinne kann diese in ihrer Endform sattelförmige
wie nicht-ebene Spulenwicklung auch als dreidimensionale Spulenwicklung
definiert werden.
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Die
Fachwelt vertritt offensichtlich die Auffassung (so auch in der
DE 10 2006 009 250
A1 =
WO 2006111527
A1 =
EP 1
872 3777 A1 offenbart), daß derartige Spulenwicklungen
aus bandförmigen Leitern erst nach einem ebenen, hier so
genannten zweidimensionalen Wickelvorgang – wie z. B. als Rennbahnspule
(race track coil) – in ihre endgültige Form durch
Formgebung – wie über eine Rohrmantelfläche – dreidimensional
gebildet werden können, weil eine von vornherein dreidimensionale
Wicklung von bandförmigen Leitern einen hohen technologischen
Aufwand (aufwendige Wickelvorrichtungen) erfordern und/oder die
Materialeigenschaften von z. B. bandförmigen Supraleitern
oder Leitern aus anodisiertem Aluminium überfordern würde.
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Auch
die in den
JP 06-196314
A und
2003-255032A dreidimensional
geformten Spulen aus bandförmigen Leitern offenbaren sowohl
vom Verfahren als auch von ihrer Form her, daß diese sattelförmigen
Spulenwicklungen endgültig geformt werden müssen.
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Sattelförmige
wie nicht-ebene, hier so genannte dreidimensionale Spulenwicklungen
aus bandförmigen Leitern werden insbesondere für
elektrische Maschinen, wie Rotoren und Statoren in Motoren und Generatoren
vorgesehen. Die hierbei als bandförmige Leiter aus Supraleitermaterial
oder anodisiertem Aluminium ausgeführten Spulen sollen
sich runden Formen, wie bei Rotoren oder Statoren von elektrischen
Maschinen, ohne Vernachlässigungen elektrotechnischer Parameter
anpassen lassen.
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In
der Regel umfassen diese sattelförmigen wie nicht-ebenen,
dreidimensionalen Spulenwicklungen aus bandförmigen Leitern
- – parallelliegende gerade Wicklungsabschnitte und
- – dazwischen an gegenüberliegenden Stirnseiten aus
der Ebene gebogene und gerundete Wicklungsabschnitte wie so genannte
Wickelköpfe.
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Es
gibt aber auch andere Wicklungen für spezielle Anwendungen
mit dreidimensionaler Erstreckung, die z. B. Ausbildungen ohne jegliche
Symmetrieachsen aufweisen und in ihrer sphärischen Form
eher unregelmäßig geformten (Kartoffel-)Chips oder
getrockneten Apfelringen gleichen, jedoch aus bandförmigen
Leitern gewickelt sein müssen.
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Die
einschlägige Fachwelt geht offensichtlich davon aus, daß derartige
Formen nach einem ebenen Wickeln der bandförmigen Leiter
zwar leicht zu biegen, aber nicht oder nur aufwendig zu wickeln sind.
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Nach
einem Ausblick (Veröffentlichung aus Maschinenmarkt – PopUp
Seiten – Druckansicht Page 2 of 2
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/Dr.-Ing. Johannes
Wößner am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik
und Automatisierung (IPA) in Stuttgart) auf ein entfernteres Anwendungsgebiet
von Spulen ist es bekannt, die in einem Kernspintomographen eingebauten
Spulen aus isolierten Kupfer-Flachdrähten zu wickeln. Dieser
bisher manuell durchgeführte Vorgang wurde bereits automatisiert
und mit einem Portalroboter umgesetzt. Dabei werden die Flachbanddrähte
direkt von den auf einer Z-Achse mitgeführten Drahtspulen
in ein Verlegebrett (gleich einem Wickelkörper) eingelegt.
Die endgültige Fixierung erfolgt bekannterweise mittels
Epoxydharz-Verklebung (analog
DE 10 2006 009 250 A1 =
WO 2006111527 A1 =
EP 1 872 3777 A1 ).
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Während
der Wicklung wird dort durch Richtrollen sichergestellt, dass die
Flachbanddrähte nach dem Abwickeln von den Coils gerade
(flach verlegt) sind und keine Ausgangsverformungen aufweisen. Anschließend
werden die Einzeldrähte durch den Verlegekopf des Roboters
gefördert und zu einem Drahtbündel zusammengeführt.
Mit Hilfe von zwei Biegerollen wird dann das Drahtbündel
entsprechend dem vorgegebenen Bahnverlauf der Spulen gebogen und
in das Verlegebrett eingedrückt.
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Bei
dem Wicklungsablauf müssen jedoch elf interpolierende Achsen
gesteuert werden, die in ihrer Geschwindigkeit so aufeinander abgestimmt
werden, dass das Drahtbündel spannungsfrei in das Verlegebrett
eingesetzt werden kann.
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Die
erforderliche Anordnung und Steuerung von elf interpolierenden Achsen
ist aufwendig und somit nachteilig.
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Neben
den vier Roboterachsen erfordert dies die beiden Biegeachsen sowie
die Antriebe der fünf Drahtvorschübe. Die einzelnen
Drahtvorschübe sind also neben der Verfahrgeschwindigkeit
des Roboters zusätzlich von dem jeweils zu biegenden Radius
abhängig. Dabei braucht der außen liegende Flachbanddraht
entsprechend mehr Länge als der innen liegende, so auch
die mittleren Drähte.
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Auf
Grund der schneckenförmig bedingten Wickelbahn (im Kern
mit über 20 Windungen) muss sich die Z-Achse beim Wickeln
des Kernes über 20-mal um 360° drehen, weshalb
sie als Endlosdrehachse ausgelegt ist. Erforderlich sind Korrekturfaktoren
für die Anpassung des Werkzeugkoordinatensystems an die
Robotersteuerung.
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Dieser
Ausblick zeigt, daß hier keine Anregungen für
ein rationelles Wickeln einer dreidimensional geformten elektrischen
Spule aus bandförmigen Leitern, wie sie z. B. als Spulenwicklungen
mit stirnseitig hochgebogenen Wickelköpfen und dazwischen längs
verlaufenden, geraden Wicklungsabschnitten gebraucht werden, geholt
werden können: Es ist tatsächlich aufwendig,
- – ein Drahtbündel entsprechend
dem vorgegebenen Bahnverlauf der Spulen nach dem Wickeln zu biegen,
- – elf interpolierende Achsen zu steuern und
- – Korrekturfaktoren für die Anpassung der
tatsächlichen Lagenlängen und des Werkzeugkoordinatensystems
von vornherein zu berechnen und zu steuern.
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Für
die eingangs erwähnten z. B. Rotoren und Statoren in Motoren
und Generatoren von elektrischen Maschinen ist jedoch die Verwendung
bandförmiger Leiter aus besagten Materialien insbesondere
im Hinblick auf z. B. die Stromdichte trotz ihrer materialbedingten
Dehnungsempfindlichkeit unabdingbar.
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Verfolgt
wurde auch die Tendenz, eben gewickelte „Rennbahnspulen” als
Stapel quasi dreidimensional für obige elektrische Maschinen
einzusetzen. Dazu müßten diese ebenen, flach gewickelten
Rennbahnspulen aus bandförmigen Leitern in elektrischen Maschinen
derart angebracht werden, wie sie gemäß der
DE 199 43 783 A1 angeordnet
sind. Damit müssten aber auch wieder reduzierte Feldstärken
in Kauf genommen werden, die wiederum besagte dreidimensional verformte
Sattelspulen vermeiden sollen.
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Die
Forderung für die verformten Sattelspulen, gegenüber
ebenen Spulen die elekrischen Eigenschaften trotz Formung zu gewährleisten,
sind gerechtfertigt, werden aber auch mit Nachteilen erkauft.
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Es
wurde auch versucht – u. a. nach
WO 01/08173 A1 –,
(demnach relativ einfach wickelbare) konisch geformte Spulenwicklungen
einzusetzen. Die elektrischen Vorteile der Sattelspulen und ihre vorgesehenen
Anwendungsgebiete werden jedoch damit nicht erreicht.
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Des
Weiteren wurde auch die Herstellung von sattelförmigen
wie nicht-ebenen Spulenwicklungen mit bandförmigen Leitern
mit einer geringförmigen dreidimensionalen Erstreckung
in IEE Trans. Appl. Supercond, Vol. 9, No. 2, Juni 1999,
S. 293–296 schon dargestellt. Das dort beschriebene
Wickelverfahren erzeugt jedoch keine Wicklungen, wie sie für rotierende
elektrische Maschinen, wie Motoren oder Generatoren mit den gewünschten
elektrischen Parameter verwendbar sind.
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Werden
aber Spulenwicklungen aus dehnungsempfindlichen bandförmigen
Material wie Supraleitern oder anodisiertem Aluminium gemäß einem weiteren
Stand der Technik nach der
EP
1 471 363 A1 hergestellt, bleibt es bei den hier zu kritisierenden Nachteilen
sowohl der nachträglichen Verformung nach dem Wickelvorgang
als auch den aufwendigen Wickelvorrichtungen. Hinzu kommt noch die
anordnungsbedingte und elektrische Nichteignung für rotierende
elektrische Maschinen.
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Verfolgt
nun der Fachmann die gemäß der eingangs skizzierten
DE 10 2006 009 250
A1 =
WO 2006111527
A1 =
EP 1
872 3777 A1 hergestellten, nach dem Wickelvorgang geformten
Sattelspulen weiter, so findet er zwar die gewünschte und
für rotierende elektrische Maschinen geeignete Form, die aus
der ebenen Spulenform vom Rennbahntyp auf einer Rohrmantelfläche
geformt ist.
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Auch
wenn diese Formung praktisch erscheint, beinhaltet sie aber Nachteile,
welche darin bestehen, daß
- – sich
die jeweilige Umlauflänge des bandförmigen Leiters
in der Sattelform von der in der ebenen Spulenform unterscheidet,
- – für bestimmte Dimensionen eine radiale Höhe des
Rohrdurchmessers zu berücksichtigen ist,
- – schon bei der Ausbildung der ebenen Spulenform zwischen
den Windungen Abstände berechnet und zugesetzt sowie ggf.
Abstandshalter eingesetzt und wieder entfernt werden müssen,
- – nachteilige Dehnungen oder Stauchungen des bandförmigen
Leitermaterials während der Verformung nicht vermeidbar
sind.
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Durch
die Stauchung und Streckung des bandförmigen Leitermaterials
bei dem nachträglichem „In-Form-Pressen” werden
die kristallinen Materialen stark beansprucht.
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Das
kann zu einer Zerstörung der benötigten Stabilität
des Hochtemperatursupraleiter oder der isolierenden Aluminiumoxid-Schicht
auf einem Aluminiumband und somit zu Beeinträchtigungen
der elektrischen Eigenschaften führen. Bei den Hochtemperatursupraleitern
bedeutet das den Verlust der supraleitenden Eigenschaften, und bei
dem anodisierten Aluminiumband tritt der Verlust der isolierenden
Eigenschaften der nur einige μm dicken Oxidschicht ein.
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Diese
Nachteile sind temperaturunabhängig. Für einen
möglichen Einsatz von anodisiertem Aluminium als Supraleiter
(bekanntlich geht Aluminium bei einer Temperatur von ungefähr
1,14° Kelvin in den supraleitenden Zustand über),
würde nach dem ebenen Wickelvorgang durch die Stauchungen
und Dehnungen beim dreidimensionalen Formen die umgebende Oxidschicht
der Gefahr einer übermäßigen Beanspruchung
ausgesetzt und die Spule funktionell zerstört werden.
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Der
Fachmann sucht deshalb weiter nach Verfahren, mit denen von vornherein
dreidimensionale Wicklungen von Spulen aus bandförmigen
Leitern rationell erzeugt werden können, wenn er die zuvor beschriebenen
Nachteile vermeiden will.
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Praktisch
wird es aufwendig und kompliziert, bei nach dem zweidimensionalen
Wickeln dreidimensional zu formenden Spulen die für die
elektrischen Werte wie Feldstärken mit entscheidende Lage dicht-bei-dicht,
d. h. mit einem hohen Füllfaktor des Querschnitts der Lagen
des bandförmigen Leiters zu gewährleisten.
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Es
ist andererseits festzustellen, daß die zweidimensionalen
Wickelverfahren von Spulen durchaus weiterentwickelt wurden, wie
es z. B. in der
EP
1 833 062 B1 beschrieben ist.
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Dieses
Verfahren zum Wickeln einer Spule erfolgt auf einem Wickelkörper,
der einen ersten Teil, einen zweiten Teil und eine Stufe zwischen
dem ersten Teil und dem zweiten Teil umfasst, wobei der erste Teil
einen größeren Durchmesser aufweist als der zweite
Teil.
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Das
Verfahren weist folgende Schritte auf:
- – Aufnehmen
eines Leitungsdrahtes (der nicht unbedingt als bandförmiger
Leiter zu definieren ist) in einer nutartigen Vertiefung im ersten
Teil,
- – Führen des Leitungsdrahtes in der nutartigen Vertiefung
auf den zweiten Teil,
- – Wickeln des Leitungsdrahtes auf den zweiten Teil
und
- – nach dem Wickeln auf den zweiten Teil: Wickeln des
Leitungsdrahtes auf den ersten Teil.
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In
dessen weiterer Ausführung kann der Leitungsdraht von der
nutartigen Vertiefung über einen Auslauf in der Stufe auf
den zweiten Teil und/oder von einer Führung durch einen
Eingangsbereich automatisch oder gerade in die nutartige Vertiefung
geführt werden.
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Dabei
sind sowohl der erste Teil als auch der zweite Teil von einer jeweiligen
Stirnwand begrenzt und die nutartige Vertiefung kann die Form einer
Spirale aufweisen, wobei dann das Führen des Leitungsdrahtes
in der nutartigen Vertiefung zum zweiten Teil durch ein relatives
Verdrehen zwischen dem Wickelkörper und der Leitungsdrahtzufuhr
und eine gleichzeitige relative axiale Verschiebung zwischen dem Wickelkörper
und der Leitungsdrahtzufuhr erfolgt. Die relative Verdrehung wird
dann durch Drehen des Wickelkörpers oder durch Drehen der
Leitungsdrahtzufuhr erzielt.
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Weiterhin
ist die nutartige Vertiefung in Form einer Linie ausgebildet, die
zur Oberfläche des zweiten Teils hin abfällt.
Hierbei erfolgt das Führen des Leitungsdrahtes in der nutartigen
Vertiefung zum zweiten Teil durch radiales Festhalten des Wickelkörpers
in Bezug zum Leitungsdraht und gleichzeitiges relatives Verschieben
des Wickelkörpers und des Leitungsdrahts gegeneinander.
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Auch
die relative axiale Verschiebung kann dabei durch Bewegen des Wickelkörpers
oder durch Bewegen der Leitungsdrahtzufuhr erfolgen.
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Der
für das Verfahren maßgebende Wickelkörper
umfasst – wie zuvor in den Arbeitsschritten beschrieben – den
ersten Teil zum Wickeln, den zweiten Teil zum Wickeln und die Stufe
zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil, wobei der Durchmesser des
ersten Teils größer ist als der des zweiten Teils, und
besitzt in dem ersten Teil die nutartige Vertiefung, die zu dem
zweiten Teil führt. Diese nutartige Vertiefung bildet besagten
Auslauf, der über die Stufe zu dem zweiten Teil führt.
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Die
im Verfahren beschriebene Führung verläuft dabei
vorzugsweise gerade durch einen Eintrittsbereich zu der nutartigen
Vertiefung. Sowohl der erste Teil als auch der zweite Teil ist von
der oben erwähnten jeweiligen Stirnwand begrenzt. Die nutartige Vertiefung
weist die Form einer Spirale und die nutartige Vertiefung die Form
einer Linie auf, die zur Oberfläche des zweiten Teils hin
abfällt.
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Die
nach diesem Verfahren mit dem beschriebenen Wickelkörper
hergestellte Spule umfasst einen gewickelten Leitungsdraht, der über
die nutartige Vertiefung in den zweiten Teil eintritt und auf den
zweiten Teil gewickelt wird, bevor er auf den ersten Teil gewickelt
wird. Die beiden Enden des Leitungsdrahtes enden an jeweiligen Endstücken
in oder hinter der entsprechenden Stirnwand.
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Nach
einschlägiger Analyse auch dieses Verfahrens und dessen
Wickelkörper ist die zum Wickeln der eingangs geforderten
Gattung von dreidimensional zu wickelnden Spulen aus bandförmigen Leitern
nicht angesprochen, wobei auch eine technologische Verwertung von
vornherein für das hier zu lösende Problem nicht
geeignet ist.
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Darstellung des Wesens der Erfindung
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Aufgabe
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Entgegen
den Entwicklungstendenzen des analysierten Standes der Technik (und
auch allgemeinen Urteilen der Fachwelt) stellt sich die Erfindung
die Aufgabe, ein Arbeitsverfahren und eine Vorrichtung zum dreidimensionalen
Wickeln einer elektrischen Spule aus bandförmigen Leitern,
und zwar wie sie z. B. gemäß 1 als
Spulenwicklungen mit stirnseitig hochgebogenen Wickelköpfen
und dazwischen längs verlaufenden, geraden Wicklungsabschnitten
verwendet werden können, sowie eine derart gewickelte Spule
von Anfang an zu schaffen, wobei
- – die
gewickelten Lagen ohne jegliche Vorberechnungen bezüglich
der bereitzustellenden Länge zur gewickelten Länge
erfolgen,
- – der Wickelvorgang mittels eines den bandförmigen
Leiter abgebenden Coils und um einen Wickelkörper dreidimensional
mit einer optimierten Anzahl von Achsen manipuliert wird,
- – die fertige Spule einer jeglichen dreidimensionalen
Form und Gewährleistung elektrischer Parameter zur Verwendung
in z. B. elektrischen Maschinen, wie Rotoren und Statoren in Motoren
und Generatoren entsprechen kann und
- – die dreidimensionale Wicklung des bandförmigen
Leiters weitgehend ohne wesentliche Dehnungen und oder Stauchen
seines Materials erfolgt.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe durch ein Arbeitsverfahren gelöst, bei dem
der von einem Rollenkörper als Coil geführte und
ablaufende bandförmige Leiter unter Verwendung von einem
den bandförmigen Leiter temporär aufnehmenden
und die elektrische Spule eine dreidimensionale Erstreckung gebenden
Formkörper als Wickelkörper die Lagen dicht-bei-dicht
gewickelt und die Funktionen wie Relativbewegungen für
den dreidimensionalen Wickelvorgang von einem Manipulator zwischen
dem Formkörper und dem Rollenkörper mehrachsig
gelenkt werden, der bandförmige Leiter während
des Wickelvorgangs um seine neutrale Faser ohne wesentliche Dehnungen
seines Materials dreidimensional gewickelt und nach jedem technologisch
abgeschlossenen Wickelvorgang die fertige Spule ohne weitere Formgebung
weitgehend selbsttragend erzeugt wird.
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Das
Verfahren umfasst im Einzelnen die folgenden Arbeitsschritte:
- a) Der Formkörper wird mittels des
dreidimensional operierenden Manipulators aus Teilen zusammengesetzt
und sodann ein Anfangsabschnitt des bandförmigen Leiters
mittels des vom Manipulator betätigten Rollenkörpers,
der vom Manipulator mindestens einachsig betätigt wird,
an einer durch die Zusammensetzung des Formkörpers dreidimensional
gebildeten und begrenzten sowie endlos umlaufenden Kontur des Formkörpers,
der vom Manipulator mindestens einachsig betätigt wird,
angelegt,
- b) der vom Rollenkörper ablaufende bandförmige Leiter
wird entlang der Kontur des Formkörpers mehrmals herumlaufend
bis zu einem Endabschnitt des bandförmigen Leiters geführt
und sodann getrennt, wobei sowohl die Relativbewegungen zwischen
Rollenkörper und Formkörper als auch dessen Teilung
vom Manipulator gelenkt werden und
- c) die dreidimensional gewickelte Spule wird nach Teilung des
ersten Teils und zweiten Teils des Formkörpers mittels
des Manipulators entnommen.
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Die
Teilbarkeit des Formkörpers kann in Ausbildung der Erfindung
auch der Schaffung von Modulen dienen, um entsprechende Formen und
Abmessungen der zu wickelnden Spule baukastenartig zusammenstellen
zu können.
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Im
Sinne der Erfindung ist es auch möglich und ausführbar,
daß die Entnahme der dreidimensional gewickelten Spule
nicht nur durch besagte Trennung teilbarer Formkörper,
sondern allgemein durch Veränderung der Konturen seines
Volumens erfolgen kann. Darin waren somit Formkörper aus
flexiblem Material, so auch mit Hohlräumen, eingeschlossen, die
im Volumen ihrer Ausgangsform reduzierbar und nach der Entnahme
der Spule dann wieder rekonstruierbar ist.
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Gerichtet
auf die Herstellung von Spulen mit parallelliegenden geraden Wicklungsabschnitten
und dazwischen an den gegenüberliegenden Stirnseiten aus
der Ebene gebogenen und gerundeten Wicklungsabschnitten wie Wickelköpfe
kann die dreidimensional gebildete und begrenzte sowie endlos umlaufende
Kontur des Formkörpers „achterbahnartig” herum
laufen, wobei der Rollenkörper mit dem davon ablaufenden
bandförmigen Leiter um die dreidimensional begrenzte Kontur
ebenfalls „achterbahnartig” (analog einem Wagen
auf einer Achterbahn) herum geführt wird.
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Der
Formkörper kann gemäß einer Variante entsprechend
der jeweils erforderlichen Position des auf der dreidimensional
begrenzten Kontur ablaufenden bandförmigen Leiters um eine
erste Achse schwenkend gedreht sowie um eine zweite Achse schwenkend
gedreht werden. Dabei wird der Rollenkörper in einer vom
Formkörper entfernt liegenden Position geführt.
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In
einer anderen Variante kann der Formkörper entsprechend
der jeweils erforderlichen Position des auf der dreidimensional
begrenzten Kontur ablaufenden bandförmigen Leiters um mindestens
eine erste Achse schwenkend gedreht sowie wahlweise zusätzlich
um mindestens eine zweite Achse schwenkend gedreht werden. Der Rollenkörper
wird dann ebenfalls in einer vom Formkörper entfernt liegenden
Position geführt.
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Nach
einer weiteren Variante kann der Formkörper um mindestens
eine der ersten oder zweiten Achse schwenkend gedreht und dabei
die Lage einer anderen Drehachse des vom Formkörper entfernt geführten
Rollenkörpers entsprechend der jeweils erforderlichen Position
des auf der dreidimensional begrenzten Kontur ablaufenden bandförmigen
Leiters verändert oder geschwenkt werden.
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Diese
Varianten verstehen sich in Ausübung der Funktion des Manipulators,
der den Formkörper oder den Rollenkörper entsprechend
der jeweils erforderlichen Position mehrachsig zwecks Wicklung des
bandförmigen Leiters auf der dreidimensional begrenzten
Kontur führt.
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Der
bandförmige Leiter wird während seiner Führung
an der dreidimensional gebildeten und begrenzten sowie endlos umlaufenden
Kontur lediglich in entsprechenden Wicklungsabschnitten um seine neutrale
Faser gedreht, ohne wesentliche oder nachteilige Verformungen in
seiner Materialstruktur zu erfahren.
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Das
derart umrissene Verfahren wird durch eine Vorrichtung ausgeführt,
welche grundsätzlich umfasst:
- a) Den
besagten dreidimensional operierenden Manipulator mit
– ersten
Mitteln zum Fügen und Lösen von Teilen des Formkörpers,
– zweiten
Mitteln zum Anlegen und/oder Abtrennen des bandförmigen
Leiters sowie Abnehmen der gewickelten Spule,
– dritten
Mitteln zur achterbahnartigen Führung des Rollenkörpers
mit dem ablaufenden bandförmigen Leiter um die dreidimensional
begrenzte Kontur,
– vierten Mitteln zur Drehung des
Formkörpers um mindestens eine erste Achse sowie Schwenkung um
mindestens eine zweite Achse und/oder
– fünften
Mitteln zur Drehung des Formkörpers um mindestens die erste
Achse sowie Veränderung oder Schwenkung der Lage der Drehachse des
vom Formkörper entfernt angeordneten Rollenkörpers
entsprechend der jeweils erforderlichen Position des auf der dreidimensional
begrenzten Kontur ablaufenden bandförmigen Leiters,
- b) den ggf. teilbaren Formkörper mit einer sich dreidimensional
erstreckenden, endlos umlaufenden Kontur, welche Kontur eine sphärisch
verlaufende wie „achterbahnartige” Begrenzung
für den bandförmigen Leiter der zu wickelnden
elektrischen Spule bildet und
- c) den zur begrenzenden Kontur des Formkörpers korrespondierenden
Rollenkörper.
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Der
Formkörper kann lösbar in einen ersten Teil und
einen zweiten Teil mit einer sich dreidimensional erstreckenden,
endlos umlaufenden Trennfuge gefügt werden, welche Trennfuge
der Form der sphärisch verlaufenden Begrenzung wie „Achterbahn” bildet.
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In
dieser Ausbildung wird zweckmäßig das erste Teil
durch einen Quader mit zwei abgerundeten Stirnkanten, zwischen denen
eine Aussparung verläuft, gestaltet. In dieser Aussparung
ist das zweite Teil, welches im Querschnitt einen kurvenförmigen Abschnitt
aufweist, derart eingepasst, dass die umlaufende Trennfuge die dreidimensional
begrenzte Kontur wie „achterbahnartige” Führung
für die elektrische Spule bildet. Dabei bestehen – querschnittsmäßig
gesehen – im so gefügten Formkörper rechtwinklig
zueinander stehende Flächen für Auf-/Anlagen von
in einer ersten Dimension, in einer zweiten und in einer dritten
Dimension „achterbahnartig” verlaufenden Kontur-
oder Wicklungsabschnitten der zu wickelnden Spule. Deren in ihrer
neutralen Faser dann gewendelt verlaufende Flächen bilden
die Form der dreidimensional zu wickelnden Spule.
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Von
den in der ersten Dimension verlaufenden Längsflächen
bilden erste Flächenschenkel eine Auflage für
eine Flachseite und zweite Flächenschenkel eine Anlage
für eine Kantenseite des bandförmigen Leiters.
Von den in der zweiten und dritten Dimension verlaufenden Flächen
bilden dritte Flächenschenkel die Auflage für
die Flachseite und vierte Flächenschenkel die Anlage für
die Kantenseite des bandförmigen Leiters.
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Die
entlang der Trennfuge umlaufende dreidimensional begrenzte Kontur
kann als Führungsnut für die zu wickelnde elektrische
Spule entsprechend einem Querschnitt von Lagen von Wicklungen der elektrischen
Spule ausgespart werden, wobei diese Führungsnut dann die „Achterbahn” darstellt.
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Der
zusammengesetzte Formkörper wird vorteilhaft in einem jeweiligen
Bereich, in dem sich die Lagen von Wicklungen der elektrischen Spule zwischen
längs verlaufenden Wicklungsabschnitten und stirnseitig
hochgebogenen Wickelköpfen befinden, zu einer Form ausgebildet,
die zu einer wendelartigen Drehung der Querschnitte der Lagen von Wicklungen
der elektrischen Spule führt, wobei diese wendelartige
Drehung um die neutrale Faser für eine material- und strukturschonende
Formung des z. B. bandförmigen Leiters aus anodisiertem
Aluminium oder supraleitendem Material sorgt.
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In
diesem Zusammenhang ist nochmals auf die teilbaren Formkörper
zu verweisen, um der gewickelten Spule entsprechende und geometrisch zweckmäßige
Entnahmemöglichkeiten zu gewähren.
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Die
Teilbarkeit der Formkörper soll auch der Schaffung von
Modulen dienen, um der zu wickelnden Spule entsprechende Formen
und Abmessungen baukastenartig zusammenstellen zu können.
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Die
Möglichkeit, daß die Entnahme der dreidimensional
gewickelten Spule nicht nur durch besagte Trennung teilbarer Formkörper,
sondern auch durch Veränderung der Konturen seines Volumens erfolgen
kann, eröffnet neue Wege, um Formkörper aus flexiblem
Material, so auch mit Hohlräumen, zu schaffen. Damit kann
mittels geeigneter Medien das Volumen der Ausgangsform reduziert
und nach der Entnahme der Spule dann wieder rekonstruiert werden.
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Bei
der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und mittels
der Vorrichtung aus bandförmigen Leitern dreidimensional
gewickelten Spule können beliebige Materialen, wie Metalle
mit Metalloxiden, so insbesondere anodisiertes Aluminium, aber auch
supraleitende Materialien verwendet werden, ohne Einbußen
für die gewünschten elektrischen Parameter hinnehmen
zu müssen.
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Damit
wird in vorteilhafter Weise eine dreidimensional gewickelte Spule
aus bandförmigen Leiter aus beliebigem Material erzeugt,
die als neue Merkmale aufweist:
- a) Um eine
neutrale Faser des bandförmigen Leiters wendelartig gedrehte
Wicklungsabschnitte und
- b) eine wendelartige Drehung von Lagen des bandförmigen
Leiters in längs verlaufenden Wicklungsabschnitten zu Lagen
des bandförmigen Leiters im Scheitel von Wickelköpfen
in ihrem Querschnitt und ihrer neutralen Faser sowie
- c) Bildung einer in längs verlaufenden Wicklungsabschnitten
jeweils oben oder unten liegende Flachseite jeder einzelnen Lage
des bandförmigen Leiters im Scheitel von Wickelköpfen
zur jeweils unten oder oben liegenden Flachseite.
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Somit
zeigt die Erfindung eine überraschend neuartige Wirkung,
indem nachteilige Dehnungen oder Stauchungen des Materials außerhalb
der neutralen Faser des bandförmigen Leiters, wie sie die gemäß dem
bisherigen, eingangs beschriebenen Stand der Technik nach dem Wickelvorgang
geformte Sattelspulen aufweisen können, vermieden werden.
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Insgesamt
wird mit der Erfindung
- – nach jedem
technologisch beendeten Wickelvorgang die fertige Spule ohne weitere
Formgebung weitgehend selbsttragend erzeugt,
- – jede Lage der Spule ohne Vorberechnungen oder Korrekturfaktoren
dicht-bei-dicht mit einem hohen Füllfaktor des Querschnitts
der Lagen gewickelt,
- – der Wickelvorgang zwischen einem mehrteiligen Wickelkörper
und einem den bandförmigen Leiter abgebenden Rollenkörper
optimal mehrachsig manipuliert,
- – erreicht, daß eine dreidimensional zu wickelnde Spule
einer jeglichen Form und Gewährleistung elektrischer Parameter
zur Verwendung insbesondere in elektrischen Maschinen angepasst werden
kann,
- – der jeweilige bandförmige Leiter während
des Wickelvorgangs weitgehend entsprechend seiner neutralen Faser
ohne wesentliche Dehnungen seines Materials geformt
und
so die eingangs gestellte Aufgabe entgegen den Tendenzen des Standes
der Technik gelöst.
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Die
Erfindung wird nachstehend in einem Ausführungsbeispiel
mit Varianten an Hand der Zeichnungen beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Zeichnungen zeigen in schematischen, perspektivischen Darstellungen
gemäß
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1 eine
dreidimensional gewickelte Spule 1 mit stirnseitig hochgebogenen
Wickelköpfen 15.1 und dazwischen längs
verlaufenden, geraden, parallelliegenden Wicklungsabschnitten 15,
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2 einen
teilbaren Formkörper 6 mit entsprechend 1 gewickelter
Spule 1,
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3 den
teilbaren Formkörper 6 nach 2 mit
korrespondierendem Rollenkörper 5 in Phasen eines
Wickelvorgangs mit ablaufendem bandförmigem Leiter 2 und „achterbahnartiger
Führung” des Rollenkörpers 5 mit
dem ablaufenden bandförmigen Leiter 2 um die dreidimensional
begrenzte Kontur 7 gemäß 2,
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4 den
teilbaren Formkörper 6 nach 2 mit
korrespondierendem Rollenkörper 5 sowie einem
Manipulator 11 mit vierten Mitteln 11.4 zur Drehung
des Formkörpers um eine erste Achse 8 sowie Schwenkung
um eine zweite Achse 9,
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5 den
teilbaren Formkörper 6 nach 2 mit
korrespondierendem Rollenkörper 5 sowie dem Manipulator 11 mit
fünften Mitteln 11.5 zur Veränderung
oder Schwenkung der Lage der Drehachse 10 des vom Formkörper 6 entfernt
angeordneten Rollenkörpers 5 entsprechend der
jeweils erforderlichen Position des auf der dreidimensional begrenzten Kontur 7 (2)
ablaufenden bandförmigen Leiters 2,
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6 eine
angedeutete alternative Teilbarkeit des Formkörpers 6 mit
ersten Mitteln 11.1 zum Fügen und Lösen
in Teile 6.1 und 6.2,
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7 die
zu wickelnde Spule 1 nach 1 mit „achterbahnartig” geführten
Rollenkörpern 5 während eines Wickelvorgangs,
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8 eine
Variante des teilbaren Formkörpers 6 mit zweiten
Mitteln 11.2 nebst Fixierstangen 11.2.1 zum Anlegen,
Fixieren und/oder Abtrennen des bandförmigen Leiters 2 sowie
Abnehmen der gewickelten Spule 1 und
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9 den
teilbaren Formkörper 6 nach 2 mit
korrespondierendem Rollenkörper 5 sowie dem Manipulator 11 mit
fünften Mitteln 11.5 zur Drehung des Formkörpers
um die erste Achse sowie Veränderung oder Schwenkung der
Lage der Drehachse 10 des vom Formkörper 6 entfernt
angeordneten Rollenkörpers 5.
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Bester Weg zur Ausführung
der Erfindung
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Das
Ausführungsbeispiel ist auf eine gewickelte Spule 1 gerichtet,
wie sie in 1 mit stirnseitig hochgebogenen
Wickelköpfen 15.1 und dazwischen längs
verlaufenden, geraden, parallelliegenden Wicklungsabschnitten 15 dargestellt
ist.
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Aus 1 ist
ersichtlich, daß die fertige Spule 1 vorteilhaft
um eine neutrale Faser eines bandförmigen Leiters 2 gedrehte
Wicklungsabschnitte 15, 15.1 mit wendelartiger
Drehung 15.2 aufweist. In den längs verlaufenden
Wicklungsabschnitten 15 bildet eine jeweils oben oder unten
liegende Flachseite 2.1 jeder einzelnen Lage des bandförmigen
Leiters 2 im Scheitel der Wickelköpfe 15.1 dann
nach ihrer wendelartigen Drehung 15.2 die jeweils unten
oder oben liegende, d. h. um ca. 180° gedrehte Flachseite 2.1.
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Der
bandförmige Leiter 2 besteht aus anodisiertem
Aluminium, wobei dessen nicht dargestellte Oxydschicht dem Gefügezustand
der Oxydschicht des bandförmigen Leiters 2 vor
dem Wickeln entspricht.
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Im
Folgenden wird ersichtlich, daß die dreidimensionale Wicklung
des bandförmigen Leiters 2 – anders als
im eingangs beschriebenen Stand der Technik – weitgehend
ohne wesentliche Dehnungen und oder Stauchen seines Materials erfolgen
kann.
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Dadurch
werden die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik, wie
- – durch die Stauchung und Streckung
des bandförmigen Leitermaterials bei dem nachträglichem „In-Form-Pressen” bewirkte
Beanspruchung von kristallinen Materialen,
- – Zerstörung der benötigten Stabilität
eines Hochtemperatursupraleiters oder der isolierenden Aluminiumoxid-Schicht
auf einem Aluminiumband,
- – Beeinträchtigungen der elektrischen Eigenschaften,
- – Verlust supraleitender oder isolierender Eigenschaften
vermieden.
Bei der
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Weiter
ist in 1 symbolisch in einem Querschnitt Q eine Lage „dicht-bei-dicht”,
d. h. mit einem hohen Füllfaktor des Querschnitts Q, dargestellt,
die für die elektrischen Werte wie große Feldstärken
mit entscheidend ist. Dies wird durch die erfindungsgemäß gewickelten
Lagen und ohne jegliche Vorberechnungen bezüglich der bereitzustellenden Länge
zur gewickelten Länge ermöglicht.
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Schließlich
ist in 1 eine Kantenseite 2.1 bezeichnet, auf
die weiter unten noch eingegangen wird.
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Eine
derartig mit der unten beschriebenen Vorrichtung und nach dem schließlich
zu beschreibenden Verfahren gewickelte Spule 1 ist insbesondere
für elektrische Maschinen, wie Rotoren und Statoren in
Motoren und Generatoren mit gegenüber dem Stand der Technik
verbesserten elektrischen Parameter einsetzbar.
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In 2 ist
als eine Funktionsgruppe der erfindungsgemäßen
Vorrichtung für die gemäß 1 gewickelte
Spule 1 ein die dortige dreidimensionale Erstreckung gebender
teilbarer Formkörper (6) als Wickelkörper
dargestellt. Dieser weist ein erstes Teil 6.1 und ein zweites
Teil 6.2 mit einer endlos umlaufenden Kontur 7 auf,
wobei letztere eine sphärisch verlaufende wie „achterbahnartige” Begrenzung
für den bandförmigen Leiter 2 der elektrischen
Spule 1 bildet. Der Formkörper 6 weist
zugleich eine sich dreidimensional erstreckende, endlos umlaufende Trennfuge 7.1 auf,
welche die Form der sphärisch verlaufenden Begrenzung wie „Achterbahn” bildet. Diese
Trennfuge 7.1 teilt den Formkörper 6 in
das erste Teil 6.1 und das zweite Teil 6.2.
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Aus 2 ist
weiter ersichtlich, daß das erste Teil 6.1 durch
einen Quader 12 mit zwei abgerundeten Stirnkanten 13,
zwischen denen eine angedeutete Aussparung 13.1 verläuft,
gestaltet ist. In diese Aussparung 13.1 ist das zweite
Teil 6.2, welches im Querschnitt einen kurvenförmigen
Abschnitt aufweist, derart eingepasst, dass die dadurch gebildete umlaufende
Trennfuge 7.1 die dreidimensional begrenzte Kontur 7 für
die elektrische Spule 1 bildet.
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In
entsprechenden Querschnitten des so gefügten Formkörpers 6 betrachtet
bildet dieser rechtwinklig zueinander stehende Flächen 14 für
Auf- oder Anlagen für die in einer ersten Dimension, einer
zweiten und einer dritten Dimension verlaufenden Kontur- oder Wicklungsabschnitte 15.
Diese bestimmen die in ihrer neutralen Faser gewendelt verlaufenden
Flächen 14 und die Form der dreidimensional zu
wickelnden elektrischen Spule 1.
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Von
den in der ersten Dimension verlaufenden Längsflächen 14 bilden
erste Flächenschenkel 14.1 des ersten Teils 6.1 eine
Auflage für die Flachseite 2.1 (1)
und zweite Flächenschenkel 14.2 des zweiten Teils 6.2 eine
Anlage für die Kantenseite 2.2 (1)
des bandförmigen Leiters 2 der Spule 1.
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Des
Weiteren bilden von den in der zweiten und dritten Dimension verlaufenden
Flächen 14 dritte Flächenschenkel 14.3 ersten
Teils 6.1 die Auflage für die Flachseite 2.1 (1)
und vierte Flächenschenkel 14.4 des zweiten Teils 6.2 die
Anlage für die Kantenseite 2.2 (1)
des bandförmigen Leiters 2.
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Zweckmäßig
kann die entlang der Trennfuge 7.1 umlaufende dreidimensional
begrenzte Kontur 7 als Führungsnut für
die zu wickelnde elektrische Spule 1 entsprechend dem Querschnitt
Q (1) von Wicklungslagen der elektrischen Spule 1 ausgespart sein,
was hier nicht näher dargestellt ist.
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Damit
kann dieser zusammengesetzte Formkörper 6 in einem
jeweiligen Bereich, in dem sich gemäß 1 die
Lagen von Wicklungen der elektrischen Spule 1 zwischen
längs verlaufenden Wicklungsabschnitten 15 und
stirnseitig hochgebogenen Wickelköpfen 15.1 befinden,
zu einer Form ausgebildet werden, die zu einer wendelartigen Drehung 15.2 der
Querschnitte Q der Lagen von Wicklungen der elektrischen Spule 1 führt.
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In
diesem Ausführungsbeispiel ist nicht näher dargestellt,
daß der Formkörper 6 – wie eingangs offenbart – aus
flexiblem Material gebildet oder in Modulen zur Schaffung entsprechender
Formen und Abmessungen baukastenartig aufteilbar sein kann. Das eröffnet
andere Möglichkeiten für die Entnahme der dreidimensional
gewickelten Spule, als sie durch die noch zu beschreibende Trennung
des teilbaren Formkörpers 6 hier weiter unten
dargestellt sind. So können z. B. auch durch Veränderung
der Konturen des Volumens des Formkörpers 6 andere
Wege erschlossen werden, in dem z. B. mit Formkörpern 6 aus
flexiblem Material, wie auch mit Hohlräumen, mittels geeigneter
Medien oder Module das Volumen der Ausgangsform reduziert und nach
der Entnahme der Spule dann wieder rekonstruiert wird.
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Aus
der 3, 4, 5, 7 und 9 ist
ersichtlich, daß korrespondierend zum Formkörper 6 als
weitere Funktionsgruppe der Vorrichtung ein Rollenkörper 5 entsprechend
der jeweils erforderlichen Position des auf der dreidimensional begrenzten
Kontur 7 ablaufenden bandförmigen Leiters 2 angeordnet
ist und geführt wird.
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Gemäß 3 bis 9 ist
ein mehrachsig operierender Manipulator 11 für
die Führung des dreidimensionalen Wickelvorgangs als den
Rollenkörper 5 mit einem Coil für den
ablaufenden bandförmigen Leiter 2 und den Formkörper 6 lenkende
Funktionsgruppe vorgesehen.
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Aus 4 ist
ersichtlich, daß mittels des Manipulators 11 der
Formkörper 6 um mindestens eine erste oder zweite
Achse 8, 9 gedreht und gemäß 5 die
Lage einer Drehachse 10 des vom Formkörper 6 entfernt
angeordneten Rollenkörpers 5 entsprechend der
jeweils erforderlichen Position des auf der dreidimensional begrenzten
Kontur 7 für eine Wicklung ablaufenden bandförmigen
Leiters 2 verändert oder geschwenkt werden kann.
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Die
Funktions- oder Baugruppen, wie Formkörper 6,
Rollenkörper 5 und Manipulator 11 bilden zusammen
die erfindungsgemäße Vorrichtung, wobei darin
der Manipulator 11 durch
- – erste
Mittel 11.1 zum Fügen und Lösen der Teile 6.1, 6.2 des
Formkörpers 6 gemäß 6,
- – zweite Mittel 11.2 zum Anlegen, Fixieren und/oder
Abtrennen des bandförmigen Leiters 2 sowie Abnehmen
der gewickelten Spule 2 gemäß 8,
wobei zum Fixieren der Spule 1 Fixierstangen 11.2.1 vorgesehen
sind, die eine Drehung der Spule um die Langsachse unterbinden,
- – dritte Mittel 11.3 zur Führung
des Rollenkörpers 5 mit dem achterbahnartig auf
der dreidimensional begrenzten Kontur 7 des Formkörpers 6 ablaufenden
bandförmigen Leiters 2 gemäß 5,
- – vierte Mittel 11.4 zur Drehung des Formkörpers 6 um
eine erste Achse 8 und/oder Schwenkung um eine zweite Achse 9 gemäß 4 und/oder
- – fünfte Mittel 11.5 gemäß 9 zur
Drehung des Formkörpers 6 um mindestens die erste
Achse 8 (4) sowie Veränderung
oder Schwenkung der Lage einer Drehachse 10 des vom Formkörper 6 entfernt
angeordneten Rollenkörpers 5 entsprechend der
jeweils erforderlichen Position des auf der dreidimensional begrenzten
Kontur 7 ablaufenden bandförmigen Leiters 2
die
erforderlichen Funktionen des Wickelvorgangs nach dem anschließend
beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren zentral
gesteuert ausübt.
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Hervorzuheben
ist, daß die Fixierstangen 11.2.1 der zweiten
Mittel 11.2 dabei mit eine wesentliche Funktion erfüllen:
Sie unterbinden beim Herausnehmen eine Drehung der Spule 1 um
die Langsachse, welche zur ungewünschten Rückbildung
einer ebenen „quasi Rennbahnspule” führen
würde. Die erfindungsgemäße Spule 1 kann
somit einer weiteren Verarbeitung, wie z. B. über eine
Stabilisierung der dreidimensional gewickelten Form mit Epoxidharz, zur
Verwendung in der Zielform, wie z. B. von Rotoren oder Statoren
elektrischer Maschinen, direkt zugeführt werden.
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Zur
Wicklung der erfindungsgemäß sich auszeichnenden
dreidimensionalen Spule 1, d. h. ohne die dem Stand der
Technik anhaftenden Nachteile, wie u. a. die wesentlichen Dehnungen
und/oder Stauchungen des Materials des bandförmigen Leiters 2, wird
das wesentlich gegenüber dem Stand der Technik veränderte
Arbeitsverfahren unter Verwendung der zuvor beschriebenen Vorrichtung
eingesetzt, welches die Lagen dicht-bei-dicht, d. h. mit einem hohen Füllfaktor
des Querschnitts Q, wickelt. Die Funktionen wie Relativbewegungen
für den dreidimensionalen Wickelvorgang werden von dem
mehrachsig operierenden Manipulator 11 zwischen dem Formkörper 6 und
dem Rollenkörper 5 gelenkt. Der bandförmige Leiter 2 wird
während des Wickelvorgangs lediglich um seine neutrale
Faser drehend ohne wesentliche Dehnungen seines Materials dreidimensional
gewickelt. Nach jedem technologisch abgeschlossenen Wickelvorgang
wird die fertige Spule 1 ohne weitere Formgebung weitgehend
selbsttragend erzeugt.
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Das
erfindungsgemäße Arbeitsverfahren ist im Einzelnen
durch folgende Arbeitsschritte definiert:
- a)
Der Formkörper 6 wird mittels des dreidimensional
operierenden Manipulators 11 aus Teilen 6.1, 6.2 (2 bis 6 sowie 8 und 9)
zusammengesetzt und dann ein in 2 angedeuteter
Anfangsabschnitt 3 des bandförmigen Leiters 2 mittels
des vom Manipulator 11 betätigten Rollenkörpers 5,
der vom Manipulator 11 mindestens einachsig betätigt
wird (5, 7, 9), an einer
durch die Zusammensetzung des Formkörpers 6 dreidimensional
gebildeten und begrenzten sowie endlos umlaufenden Kontur 7 (2, 3)
des Formkörpers 6, der vom Manipulator 11 mindestens
einachsig betätigt wird (4, 9),
angelegt,
- b) sodann wird der vom Rollenkörper 5 ablaufende
bandförmige Leiter 2 (3 bis 5, 7 und 9)
entlang der Kontur 7 des Formkörpers 6 mehrmals
herumlaufend bis zu einem ein in 2 angedeuteten
Endabschnitt 4 des bandförmigen Leiters 2 und
Trennung desselben geführt, wobei sowohl die Relativbewegungen
zwischen Rollenkörper 5 und Formkörper 6 als
auch dessen Teilung vom Manipulator 11 gelenkt werden und
- c) schließlich wird die dreidimensional gewickelte Spule 1 mittels
des Manipulators 11 nach Teilung des Formkörpers 6 entnommen
(8).
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Das
Arbeitsverfahren ist dabei derart gemäß 6 und 8 variierbar,
daß die dreidimensional gewickelte Spule 1 mittels
des Manipulators 11 nach Veränderung der ursprünglichen
Konturen des Volumens des Formkörpers 6 entnommen
wird, wobei das Volumen zunächst reduziert und nach der
Entnahme der Spule 1 dann wieder rekonstruiert wird.
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In 7 ist
das Arbeitsverfahren – ohne Darstellung des Formkörpers 6 – schematisch
gezeigt, um eine Variante der Führung des Rollenkörpers 5, insbesondere
mit der so bezeichneten „achterbahnartigen” Führung,
auf der dreidimensional begrenzten Kontur 7 ablaufenden
bandförmigen Leiters 2 zu demonstrieren.
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Nach
einem aus 4 ersichtlichem ersten Prinzip
des Arbeitsverfahrens gemäß 4 und 9 wird
der Formkörper 6 entsprechend der jeweils erforderlichen
Position des auf der dreidimensional begrenzten Kontur 7 (2 und 3)
ablaufenden bandförmigen Leiters 2 um eine erste
Achse 8 schwenkend gedreht sowie um eine zweite Achse 9 schwenkend
gedreht und dabei der Rollenkörper 5 in einer
vom Formkörper 6 entfernt liegenden Position geführt.
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Ein
zweites und ggf. zu bevorzugendes Prinzip des Arbeitsverfahrens
gemäß 9 sieht vor, dass der Formkörper 6 entsprechend
der jeweils erforderlichen Position des auf der dreidimensional
begrenzten Kontur 7 ablaufenden bandförmigen Leiters 2 analog 4 um
mindestens die erste Achse 8 schwenkend gedreht sowie wahlweise
zusätzlich um mindestens die zweite Achse 9 schwenkend
gedreht und dabei der Rollenkörper 5 in einer
vom Formkörper 6 entfernt liegenden Position durch
Veränderung oder Schwenkung der Lage seiner Drehachse 10 entsprechend
der jeweils erforderlichen Position des auf der dreidimensional
begrenzten Kontur 7 (2 und 3)
ablaufenden bandförmigen Leiters 2 geführt wird.
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In
diesem Ausführungsbeispiel mit Varianten ist die Erfindung
entsprechend einer Reihenfolge
- – Darstellung
der zu wickelnden Spule 1,
- – technisches Prinzip und Funktionen der Vorrichtung
und
- – Ablauf der Arbeitsschritte
beschrieben,
um die - – bestehenden Anforderungen
der erfindungsgemäßen Spule 1,
- – technologischen Voraussetzungen und
- – danach das Verfahren
darzustellen, obwohl
dem Arbeitsverfahren in der gesamten Erfindung die primäre
Bedeutung zukommt.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
-
Das
entsprechend der Erfindung neu entwickelte Arbeitsverfahren und
die neu konzipierte Vorrichtung gewährleisten die rationelle
Herstellung von dreidimensional gewickelten Spulen 1 mit
verbesserten Eigenschaften. Deren Lagen lassen sich ohne jegliche
Vorberechnungen bezüglich der bereitzustellenden Länge
zur gewickelten Länge wickeln. Der Wickelvorgang kann mittels
des den bandförmigen Leiter 2 abgebenden Coils
und des um einen Wickelkörper dreidimensional mit einer
optimierten Anzahl von Achsen manipuliert werden. Die fertige Spule 1 kann
einer jeglichen dreidimensionalen Form und Gewährleistung
elektrischer Parameter zur Verwendung in z. B. elektrischen Maschinen,
wie Rotoren und Statoren in Motoren und Generatoren entsprechen.
Die dreidimensionale Wicklung des bandförmigen Leiters
erfolgt weitgehend ohne wesentliche Dehnungen und oder Stauchen
seines Materials und sichert optimale elektrische Werte. Es werden
beliebige Materialen, insbesondere Materialien wie Metalle mit Metalloxiden,
so vorzugsweise anodisiertes Aluminium oder auch supraleitende Materialien
ohne Inkaufnahme der eingangs beschrieben Nachteile einsetzbar.
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Damit
gewährleistet die Erfindung die Erschließung eines
breiten technologischen Anwendungsbebietes der dreidimensional gewickelten
Spulen 1.
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- 1
- dreidimensional
geformte elektrische Spule
- 2
- bandförmiger
Leiter
- 2.1
- Flachseite
- 2.2
- Kantenseite
- 3
- Anfangsabschnitt
des bandförmigen Leiters (2)
- 4
- Endabschnitt
des bandförmigen Leiters (2)
- 5
- Rollenkörper
- 6
- Formkörper
- 6.1
- erstes
Teil
- 6.2
- zweites
Teil
- 7
- endlos
umlaufende Kontur
- 7.1
- Trennfuge
- 8
- erste
Achse
- 9
- zweite
Achse
- 10
- Drehachse
- 11
- Manipulator
- 11.1
- erste
Mittel
- 11.2
- zweite
Mittel
- 11.2.1
- Fixierstange
- 11.3
- dritte
Mittel
- 11.4
- vierte
Mittel
- 11.5
- fünfte
Mittel
- 12
- Quader
- 13
- Stirnkante
- 13.1
- Aussparung
- 14
- Fläche
- 14.1
- erster
Flächenschenkel
- 14.2
- zweiter
Flächenschenkel
- 14.3
- dritte
Flächenschenkel
- 14.4
- vierte
Flächenschenkel
- 15
- (Kontur-
oder) Wicklungsabschnitt
- 15.1
- Wickelkopf
- 15.2
- wendelartige
Drehung
- Q
- Querschnitt
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102006009250
A1 [0002, 0003, 0009, 0022]
- - WO 2006111527 A1 [0003, 0009, 0022]
- - EP 18723777 A1 [0003, 0009, 0022]
- - JP 06-196314 A [0004]
- - JP 2003-255032 A [0004]
- - DE 19943783 A1 [0017]
- - WO 01/08173 A1 [0019]
- - EP 1471363 A1 [0021]
- - EP 1833062 B1 [0029]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - http://www.maschinenmarkt.vogel.de/Dr.-Ing. [0009]
- - IEE Trans. Appl. Supercond, Vol. 9, No. 2, Juni 1999, S. 293–296 [0020]