DE102013011347A1

DE102013011347A1 - Magnetspule und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE102013011347A1
Application number: DE102013011347.4A
Authority: DE
Inventors: Wiktor Wojcik; Dirk Jacobsen
Original assignee: Thomas Magnete GmbH
Current assignee: Thomas Magnete GmbH
Priority date: 2013-07-08
Filing date: 2013-07-08
Publication date: 2015-01-08

Abstract

Kurzfassung Aufgabe: Die Spule (1) eines Stators eines Elektromagneten oder eines Elektromotors besteht aus einem Spulenkörpers (2) oder einem Eisenkern und einer Wicklung (3), wobei die Minderung der Wickeldichte oder der Windungszahl durch eine unvorteilhafte Führung des ersten Drahtendes vermieden und dennoch eine maschinelle Herstellung der Wicklung ermöglicht wird. Lösung: Die Wicklung (3) besteht aus zwei Teilwicklungen (4) und (5), die über jeweils einen Drahtabschnitt ihrer innersten Lagen (6) und (7) untereinander verbunden sind und über jeweils einen Drahtabschnitt in Verlängerung ihrer äußersten Lagen (8) und (9) mit außen am Spulenkörper liegenden Anschlusselementen (10) und (11) verbunden sind. Anwendung: Die erfindungsgemäße Spule wird angewandt, wenn die Spule in Relation zur Länge einen großen Durchmesser aufweist und sie wegen eines großen Drahtdurchmessers nur eine geringe Windungszahl hat.

Description

Die Erfindung betrifft die Spule eines Elektromagneten, der als Stator eines Elektromotors oder eines Hubmagneten dient, entsprechend dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs. Spulen für Elektromagnete sind bekannt, insbesondere solche, die einen Spulenkörper und eine Wicklung enthalten. Dazu ist es weiterhin bekannt, diese Wicklung mittels einer Wickelvorrichtung oder einer Wickelmaschine geordnet, zum Beispiel lagenweise, aufzubringen und damit eine hohe Wickeldichte zu erzeugen, das bedeutet, möglichst viele Lagen Draht in den verfügbaren Raum zwischen den magnetflussleitenden Eisenbauteilen einzubringen.
Dabei ist es üblich, vor dem Wickeln ein Drahtende an einem Anschlusselement, auch Terminal genannt, des Spulenkörpers zu befestigen und den Draht von dort radial, tangential oder spiralig zur äußeren Oberfläche des Grundrohrs des Spulenkörpers zu führen (siehe 1). Diese Führung des Drahts hat den Nachteil, dass sie die Zahl der Windungen bei einem vorgegebenen Wickelfenster zwischen den magnetflussleitenden Eisenbauteilen herabsetzt, insbesondere bei einer lagenweisen Wicklung, weil in der Zone der radialen, tangentialen oder spiraligen Drahtführung der Spulenkörper eine Ausnehmung aufweisen muss oder die jeweilige Lage nicht bis zur inneren Flanschfläche des Spulenkörpers geführt werden kann. Wenn der Spulenkörper eine Ausnehmung im Flansch aufweist, muss der Flansch entsprechend dicker ausgeführt werden. Das andere Drahtende wird nach dem Wickeln an einem zweiten Anschlusselement befestigt; da es mit der letzten, äußersten Wickellage in Verbindung steht, verursacht das zweite Drahtende keine Minderung der Wickeldichte oder der Windungszahl.
Aufgabe dieser Erfindung ist es, die Minderung der Wickeldichte oder der Windungszahl durch eine unvorteilhafte Führung des ersten Drahtendes zu vermeiden und dennoch eine maschinelle Herstellung der Wicklung zu ermöglichen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentanspruchs in Verbindung mit den weiteren Ansprüchen gelöst, die letzten Ansprüche beschreiben Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Spule. Der wichtigste Vorteil der Erfindung, die höhere Wickeldichte oder die höhere Windungszahl, wird durch die Aufteilung der Wicklung in zwei Teilwicklungen erreicht, wobei die Drähte der beiden Teilwicklungen in der innersten Lage ineinander übergehen. Die beiden freien Drahtenden der Teilwicklungen werden aus der äußersten Lage zu den Anschlusselementen geführt, dabei kommt es nicht zu Konflikten mit den anderen Wicklungen. Die Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Wicklung mit zwei Teilwicklungen sind zwar aufwändiger als das konventionelle Verfahren zum Spulenwickeln, aber es werden in dieser Erfindung zwei Herstellverfahren angegeben, die mechanisierbar und automatisierbar sind, sich also für eine Großserienfertigung eignen.
Die erfindungsgemäße Spule wird vorzugsweise angewandt, wenn die Spule in Relation zur Länge einen großen Durchmesser aufweist und sie wegen eines großen Drahtdurchmessers nur eine geringe Windungszahl hat. Bei solchen Spulen haben die beschriebenen Merkmale eine erhebliche Auswirkung auf die in einem gegebenen Wickelfenster zwischen den Eisenbauteilen erreichbare Windungszahl.
Bilder:
1 zeigt eine Spule mit herkömmlicher Wicklung und radialer Führung des ersten Drahtendes zum ersten Anschlusselement.
2 zeigt eine erfindungsgemäße Spule mit 2 Teilwicklungen
3 zeigt die Lage des Drahts zu Beginn des Wickelns
Beispielhafte Ausführung
Eine Spule (1) entsprechend 2 eines Stators eines Elektromagneten oder eines Elektromotors besteht aus einem Spulenkörper (2) oder einem Eisenkern und einer Wicklung (3). Die Wicklung (3) besteht aus zwei Teilwicklungen (4) und (5), die über jeweils einen Drahtabschnitt ihrer innersten Lagen (6) und (7) untereinander verbunden sind und über jeweils einen Drahtabschnitt in Verlängerung ihrer äußersten Lagen (8) und (9) mit außen liegenden Anschlusselementen (10) und (11) verbunden sind. Die beiden Teilwicklungen (4) und (5) weisen in einer ersten Ausführung gleiche Windungszahlen und damit annähernd gleiche Breite auf. In einer zweiten Ausführung weisen die beiden Teilwicklungen (4) und (5) ungleiche Windungszahlen und damit ungleiche Breite auf.
Herstellverfahren
Zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Spule dient vorzugsweise das folgende Verfahren:

• ein Spulenkörper (2) ist zwischen zwei Wickelköpfen (12) und (13) drehfest gelagert,
• zu Beginn des Wickelns wird der Spulendraht zwischen den Wickelköpfen auf dem Grundrohr (14) des Spulenkörpers mittig reibschlüssig aufgelegt, wie 3 zeigt
• die beiden Wickelköpfe rotieren unter Abgabe von Draht in entgegengesetzte Drehrichtungen um den Spulenkörper,
• dabei werden durch eine geeignete Führung des Drahtes in axialer Richtung bezogen auf den Spulenkörper lagenweise geordnete Teilwicklungen (4) und (5) hergestellt, die sich jeweils zwischen einem Flansch (15) des Spulenkörpers und der Trennebene (16) zwischen den Teilwicklungen erstrecken
• nach der Herstellung der jeweiligen letzten äußeren Lage (8) und (9) von beiden Teilwicklungen wird jeweils ein Drahtabschnitt mit außen liegenden Anschlusselementen (10) und (11) verbunden und dann von dem zugeführten Draht getrennt.

Alternativ wird das folgende Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Spule verwendet:

• ein Spulenkörper (2) ist zwischen zwei Wickelköpfen (12) und (13) angetrieben drehbar gelagert,
• zu Beginn des Wickelns wird der Spulendraht zwischen den Wickelköpfen auf dem Grundrohr (14) des Spulenkörpers mittig reibschlüssig aufgelegt,
• einer der beiden Wickelköpfe rotiert unter Abgabe von Draht um den Spulenkörper,
• der andere Wickelkopf steht still und gibt Draht ab,
• der Spulenkörper wird mit der hälftigen Drehzahl des rotierenden Wickelkopfes gedreht,
• dabei werden durch eine geeignete Führung des Drahtes in axialer Richtung bezogen auf den Spulenkörper lagenweise geordnete Teilwicklungen (4) und (5) hergestellt, die sich jeweils zwischen einem Flansch (15) des Spulenkörpers und der Trennebene (16) zwischen den Teilwicklungen erstrecken und
• nach der Herstellung der jeweiligen letzten äußeren Lage (8) bzw. (9) wird von beiden Teilwicklungen jeweils ein Drahtabschnitt mit einem außen-liegenden Anschlusselement (10) bzw. (11) verbunden und dann von dem zugeführten Draht getrennt.

Die Wickelköpfe (12) und (13) enthalten jeweils eine Trommel mit einem Drahtvorrat und geben den Draht durch eine Bremseinrichtung ab, die eine ausreichende Spannung des Drahts aufbaut, so dass der Draht geordnet gewickelt wird und wegen der durch die Drahtspannung bewirkten Reibung zwischen dem Spulenkörper und dem Draht auf dem Spulenkörper nicht gleitet.
Bezugszeichenliste

1: Spule
2: Spulenkörper
3: Wicklung
4: Erste Teilwicklung
5: Zweite Teilwicklung
6: Innerste Lage
7: Innerste Lage
8: Äußerste Lage
9: Äußerste Lage
10: Anschlusselement
11: Anschlusselement
12: Erster Wickelkopf
13: Zweiter Wickelkopf
14: Grundrohr
15: Flansch
16: Trennebene
17: Ausnehmung im Spulenkörper

Claims

Spule (1) eines Stators eines Elektromagneten oder eines Elektromotors, bestehend aus einem Spulenkörper (2) oder einem Eisenkern und einer Wicklung (3) dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung (3) aus zwei Teilwicklungen (4) und (5) besteht, die über jeweils einen Drahtabschnitt ihrer innersten Lagen (6) und (7) untereinander verbunden sind und über jeweils einen Drahtabschnitt in Verlängerung ihrer äußersten Lagen (8) und (9) mit außen am Spulenkörper oder außerhalb des Spulenkörpers liegenden Anschlusselementen (10) und (11) verbunden sind.
Spule nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teilwicklungen (4) und (5) gleiche Windungszahlen und damit annähernd gleiche Breite aufweisen.
Spule nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teilwicklungen (4) und (5) ungleiche Windungszahlen und damit ungleiche Breite aufweisen.
Verfahren zur Herstellung einer Spule nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass ein Spulenkörper (2) zwischen zwei Wickelköpfen (12) und (13) drehfest gelagert ist, dass zu Beginn des Wickelns der Spulendraht zwischen den Wickelköpfen auf einem Grundrohr (14) des Spulenkörpers mittig reibschlüssig aufgelegt wird, dass die beiden Wickelköpfe unter Abgabe von Draht in entgegengesetzte Drehrichtungen um den Spulenkörper rotieren, dass dabei durch eine geeignete Führung des Drahtes in axialer Richtung bezogen auf den Spulenkörper lagenweise geordnete Teilwicklungen (4) und (5) hergestellt werden, die sich jeweils zwischen einem Flansch (15) des Spulenkörpers und der Trennebene (16) zwischen den Teilwicklungen erstrecken und dass nach der Herstellung der jeweiligen letzten äußeren Lage (8) und (9) von beiden Teilwicklungen jeweils ein Drahtabschnitt mit außerhalb der Teilwicklung liegenden Anschlusselementen (10) und (11) verbunden und dann von dem zugeführten Draht getrennt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Spule nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass ein Spulenkörper (2) zwischen zwei Wickelköpfen (12) und (13) angetrieben drehbar gelagert ist, dass zu Beginn des Wickelns der Spulendraht zwischen den Wickelköpfen auf einem Grundrohr (14) des Spulenkörpers mittig reibschlüssig aufgelegt wird, dass einer der beiden Wickelköpfe unter Abgabe von Draht um den Spulenkörper rotiert, dass der andere Wickelkopf stillsteht und Draht abgibt, dass der Spulenkörper mit der hälftigen Drehzahl des rotierenden Wickelkopfes gedreht wird, dass dabei durch eine geeignete Führung des Drahtes in axialer Richtung bezogen auf den Spulenkörper lagenweise geordnete Teilwicklungen (4) und (5) hergestellt werden, die sich jeweils zwischen einem Flansch (15) des Spulenkörpers und der Trennebene (16) zwischen den Teilwicklungen erstrecken und dass nach der Herstellung der jeweiligen letzten äußeren Lage (8) und (9) von beiden Teilwicklungen jeweils ein Drahtabschnitt mit einem außerhalb der Teilwicklung liegenden Anschlusselement (10) bzw. (11) verbunden und dann von dem zugeführten Draht getrennt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Spule nach Anspruch 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelköpfe (12) und (13) jeweils den Draht durch eine Bremseinrichtung abgeben, die eine ausreichende Spannung des Drahts aufbaut, so dass der Draht geordnet gewickelt wird und wegen der durch die Drahtspannung bewirkten Reibung zwischen dem Spulenkörper und dem Draht auf dem Spulenkörper nicht gleitet.