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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Herstellen von Wicklungen aus Wickeldraht
mit den Merkmalen der Oberbegriffe der Patentansprüche 1 und
4. Verwendet werden die hier interessierenden Wicklungen überall dort,
wo Wicklungen zunächst
hergestellt und sodann bei der Fertigung von Generatoren und/oder
Elektromotoren in deren Stator eingesetzt werden müssen.
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Ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Herstellung von Wellenwicklungen, die insbesondere für Drehstromgeneratoren
bestimmt sind, sind aus der
DE
4244699 C2 bekannt. Das dort beschriebene Verfahren eignet
sich allerdings nur zur Herstellung von Wellenwicklungen und nicht
zugleich auch zur Herstellung von konzentrischen Wicklungen. Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren
und eine zur Durchführung
dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung zur Fertigung von insbesondere
kreuzungsfreien, herkömmlichen
Wickelspulen für
die Spulenwicklungsarten der Synchron- und Asynchronwicklung und
von kreuzungsfreien Wicklungen mit einer Wellenwickelkontur zu schaffen.
Es sollen mehrfach parallele Drähte
zu lagenweisen Spulengruppen mit Schaltverbindung geformt werden
können,
wobei zugleich auch eine variable Pakethöhenverstellung möglich ist.
Außerdem soll
auch die Herstellung von Spulenformen ohne Schaltverbindung möglich sein.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die
Erfindung vor, daß der
Wickeldraht außen
um die Formkörper
der Schablone herumgeführt
wird. Hierbei bewegen sich die den Wickeldraht führende Wickeldüse und die
Formkörper
relativ zueinander, wobei die Drahtdüse vorzugsweise nur geradlinige
Bewegungen und die Formkörper
vorzugsweise Schwenkbewegungen längs
Kreisbogenstücken
ausführen.
Die Herstellung der Wicklung wird somit sichergestellt durch das
Verlegen des Wickeldrahtes um eine (feststehende) Wicklungsformkontur
bei feststehender oder taktender Rotationsbewegung und einer Bewegung
der Drahtdüse
um die Wicklungsformkonturen sowie dem Takten der Drahtdüse in Verlegerichtung. Hierbei
wird der Draht bei einer taktenden Rotationsbewegung zwischen den
einzelnen Formkörpern
und um diese herum bewegt. Auch erfolgt eine vertikale Bewegung
der parallel zugeführten
Drähte
bei jeder vollständigen
Umdrehung der Formkörper
in Abhängigkeit
vom Drahtdurchmesser. Dies gewährleistet kreuzungsfreie
Wicklungen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Herstellung
von Wicklungen für
Statorgrößen mit einem
Bohrungsdurchmesser von ca. 70 mm bis theoretisch weit über zwei
Metern, wobei auch ein sehr großer
Pakethöhenbereich
abgedeckt werden kann.
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Auch ist eine Herstellung von Statoren
ohne die bisher notwendige Übertragung
der Spulenwicklung denkbar. Dabei bildet die neue Wicklungsformmaschine
in Kombination und Verknüpfung
mit einem dahinter liegenden Einziehwerkzeug und dem vor der neuen
Wicklungsformmaschine angeordneten Stator eine Anlageneinheit.
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Weitere Merkmale der Erfindung gehen
aus Unteransprüchen
und der Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung hervor.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand
eines Ausführungsbeispieles,
das in der Zeichnung dargestellt ist, näher beschrieben. Dabei zeigen:
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1:
zum Teil im Schnitt eine Prinzipsskizze von wesentlichen Komponenten
der Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens;
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2:
in größerem Maßstab sowie
in Draufsicht eine Prinzipsskizze mit in zwei konzentrischen Reihen
angeordneten Formkörpern
sowie mit der Draht-Zuführeinheit
zu Beginn eines ersten Arbeitsschrittes;
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3:
eine Ansicht ähnlich
der von 2 am Ende des
ersten Arbeitsschrittes;
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4:
eine Ansicht ähnlich
den 2 und 3 zu Beginn eines zweiten
Arbeitsschrittes;
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5:
eine Ansicht ähnlich
der Ansicht von 4 während des
zweiten Arbeitsschrittes;
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6:
eine Ansicht ähnlich
der in den 4 und 5 ebenfalls während des
zweiten Arbeitsschrittes;
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7:
eine Ansicht ähnlich
der in den 4 und 5 am Anfang eines dritten
Arbeitsschrittes;
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8:
eine weitere Ansicht ähnlich
der Ansicht in 7 während des
dritten Arbeitsschrittes;
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9:
eine Ansicht ähnlich
den Ansichten der 4 bis 8 zu Beginn eines vierten
Arbeitsschrittes und
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10:
eine Ansicht ähnlich
den Ansichten in den 4 bis 9 nach der vollständigen Herstellung einer
Wicklungslage in Wellenwicklungsform.
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Eine Vorrichtung 1, bei
der es sich um die wesentlichen Komponenten einer Wickelformmaschine
zum Herstellung einer Wicklung aus ein- oder mehrlagigem Wickeldraht 2 handelt,
umfaßt
gemäß 1 eine Schabloneneinheit 3 und
eine Drahtzuführungseinheit 4.
Die Schabloneneinheit 3 weist ferner eine Innenschablone 5 und
eine Außenschablone 6 auf.
Wesentliche Bestandteile der Innenschablone 5 und der Außenschablone 6 sind
Formkörper 7 bzw. 8,
die im Falle der Innenschablone 5 längs ei ner Innenreihe 9 und
im Falle der Außenschablone 6 längs einer
Außenreihe 10 konzentrisch
zu einer Achse 11 angeordnet sind (2).
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Als Träger für die Formkörper 7 und 8 dienen ein
Innenring 12 und ein Außenring 13. Die Formkörper 7 und 8 sind
auf dem Innenring 12 bzw. auf dem Außenring 13 längs eines
Kreises bzw. polygonförmig
angeordnet sowie starr mit ihrem einen Ende befestigt. Die Formkörper 7 und 8 sind
stabförmig
und im Abstand voneinander angeordnet und weisen jeweils eine freies
Ende 14 bzw. 15 auf (1).
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Zwischen die freien Enden 14 und 15 der Formkörper 7 und 8 greift
die Drahtzuführeinheit 4 mit einer
Drahtdüse 16 am
freien Ende 17 eines fingerartigen Trägers 18. Dieser fingerartige
Träger 18 weist eine
Längserstreckung
in derselben Richtung wie die Formkörper 7 und 8 auf
und ist zwischen den Formkörpern 7, 8 bewegbar.
Seine Bewegungsrichtung ist geradlinig, wozu ein Führungsarm 19 und
eine Gleitschiene 20 gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel vorgesehen sind.
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Die Drahtdüse 19 am freien Ende 17 des
fingerartigen Trägers 18 bildet
zusammen mit dem Führungsarm 19 und
der Gleitschiene 20 die bereits oben erwähnte Drahtzuführungseinheit 4.
Ferner sind gemäß 1 eine Klemm- und Abschneideinrichtung 21 sowie
Zugrollen 22 und weitere, grundsätzlich bekannte und hier nicht
näher interessierende
Maschinenkomponenten vorgesehen.
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Auch die Lagerung der Schabloneneinheit 3 und
der Drahtzuführungseinheit 4 in
einem geeigneten Maschinengestell sind in 1 der besseren Übersicht wegen nicht dargestellt.
Dies gilt auch für den
Antrieb des fingerartigen Trägers 18 in
Richtung des Doppelpfeiles A bzw. in Richtung des Doppelpfeiles
B, deren Richtungen senkrecht aufeinander stehen. Die Drahtdüse 16 läßt sich
daher in einer Richtung parallel zur Achse 11 der Schabloneneinheit 3 und
rechtwinklig dazu bewegen.
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Für
die Innenschablone 5 ist ein Antrieb 23 vorgesehen.
Ein weiterer Antrieb 24 dient als Stellantrieb für die Außenschablone 6.
Die Formkörper 7 und 8 lassen
sich daher gemeinsam und unabhängig voneinander
sowie in gleicher oder in entgegengesetzter Richtung längs Kreisbahnen
bzw. längs
Kreisbogenstücken 25 (Doppelpfeil 25 in 2) bewegen. Die Länge der
Kreisbogenstücke
ist für
die Formkörper 7 der
Innenschablone 5 verschieden von der Länge der Kreisbogenstücke 25 für die Formkörper 8 der Außenschablone 6.
Die Größe der Kreisbogenstücke wird
bestimmt durch die vorzunehmenden Arbeitsschritte sowie durch die
entsprechenden, statorabhängigen
Parameter, wobei sichergestellt sein muß, daß die sich konzentrisch zur
Achse 11 bewegenden Formkörper 7 und 8 nicht
die freie Bewegungsbahn des fingerartigen Trägers 18 mit der Drahtdüse 16 an seinem
freien Ende 17 behindern (2).
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Gemäß dem in den 2 bis 10 dargestellten
Ausführungsbeispiel
für verschiedene
Arbeitsschritte bei der Herstellung einer Wicklung weist die Innenschablone 5 sechs
auf einem Innenkreis mit der Achse 11 als Mittelpunkt angeordnete
Formkörper 7 auf.
Die Formkörper 7 befinden
sich in einem Abstand von 60 Grad bezogen auf ihre Mitte.
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Die Anzahl der Formkörper 7 sowie
der dargestellte Abstand von 60 Grad können entsprechend der herzustellenden
Wicklung variieren.
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Grundsätzlich Gleiches gilt für die Formkörper 8 der
Außenschablone 6.
Auch sie befinden sich auf einem Kreis mit einem Mittelpunkt, der
mit der Achse 11 zusammenfällt. Die Innenschablone 5 und die
Außenschablone 6 sind,
wie ein Vergleich der 2 bis 9 zeigt, relativ zur Achse 11 vor
und zurück verschwenkbar.
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Während
sich die Formkörper 7 und 8 längs Kreisbogenstücken bewegen,
bewegt sich die Drahtdüse 16 geradlinig
längs einer
Achse 26 der Drahtzuführungseinheit 4 bzw.
der Gleitschiene 20 sowohl vor als auch zurück in Richtung
des Doppelpfeiles 27 (2)
bewegen.
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Mit Hilfe eines geschickten Zusammenspieles
und eine Überlagerung
der Bewegungsmöglichkeiten
der Formkörper 7 und 8 und
der Drahtdüse 16 wird
aus dem Wickeldraht 2 gemäß 2 eine komplette Wicklungslage 28 gemäß 10 hergestellt. Die Drahtdüse 16 bewegt
sich dabei weitgehend radial zu den Bewegungsmöglichkeiten der Innenschablone 5 und
der Außenschablone 6,
wobei jedoch ihre Bewegungsrichtung nicht direkt auf die Achse 11 hin
gerichtet ist, sondern etwa um die Breite der Gleitschiene 20 versetzt
zur Achse 11.
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Die verschiedenen Arbeitsschritte
zur Herstellung einer Wicklungslage 28 gemäß 10 gehen aus den Darstellungen
der 2 bis 9 hervor, wobei der erste
Arbeitsschritt grundsätzlich
darin besteht, daß das
freie Ende 31 des Wicklungsdrahtes 2 an einem
Klemmblock 32 befestigt werden muß. Der Klemmblock 32 befindet
sich ebenfalls auf dem Außenring 13 der
Außenschablone 6 sowie
radial etwas außerhalb
der Formkörper 8.
Zu dem ersten Arbeitsschritt gehört,
daß die
Drahtdüse 19 in
eine Position gemäß 2 bewegt wird, in der sie
sich bezogen auf die Achse 11 radial innerhalb der Bewegungsbahn 33 des
Klemmblockes
32 befindet. Aus der Position gemäß 2 wird sodann die Außenschablone 6 in
die Position gemäß 3 verschwenkt, so daß der Klemmblock 32 das
Drahtende 31 erfassen und durch Drehung eines Klemmteiles 34 sichern kann.
Daraufhin wird die Drahtdüse 16 gemäß dem Pfeil 35 in
die Position gemäß 4 nahe bei der Achse 11 bewegt.
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Sobald die Drahtdüse 16 die Innenposition gemäß 4 erreicht hat, werden die
Innenschablone 5 und die Außenschablone 6 im
Uhrzeigersinn um 60 Grad verdreht, so daß der Formkörper 7a links vom
Wickeldraht 2 in die Position 7b gemäß 5 verschwenkt, wobei der
Klemmblock die ebenfalls in 5 dargestellte
Position einnimmt.
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In einem nächsten Arbeitsschritt wird
die Drahtdüse 16 in
die Position gemäß 6 zurückbewegt und ferner werden
die Innenschablone 5 und die Außenschablone 6 derart
zurückgeschwenkt, daß der Formkörper 7 aus
der Position 7b in 5 die
Position 7c gemäß 6 einnimmt. Gleichzeitig haben
der Klemmblock 32 und zusammen mit ihm die an der Außenschablone 6 befindlichen
Formkörper 8 die
ebenfalls in 6 dargestellte
Lage erreicht.
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In einem nächsten Arbeitsschritt wird
die Drahtdüse 16 noch
weiter in Richtung der Bewegungsbahn 33 des Klemmblockes 32 bewegt,
bis sie eine Lage radial außerhalb
der Bewegungsbahn 35 der Formkörper 8 der Außenschablone 6 erreicht
hat (7). Dazu hat sich
die Drahtdüse 15 um
das Maß Y
längs der
Gleitschiene 20 von der Achse 11 wegbewegt. Entsprechend
der Notwendigkeit, den Platz des Formkörpers 8 für die Bewegungsbahn
der Drahtdüse 16 freizumachen,
muß sich
die Schabloneneinheit 3 wiederum längs eines Kreisbogenstückes 25 bewegen.
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Hierbei verschwenken die Innenschablone 5 und
die Außenschablone 6 mit
ihren Formkörpern 7 und 8 in
die Position gemäß 8, wobei sie sich im Uhrzeigersinn
um 30 Grad bewegen.
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Aus der Position gemäß 8 bewegt sich sodann die
Drahtdüse 16 wiederum
in Richtung des nahe bei der Achse 11 befindlichen Endes 36 der Gleitschiene 20,
bis die in 9 dargestellte
Position erreicht ist. Dabei umschlingt der Wickeldraht 2 außen den
Formkörper 8 an
der Außenschablone 6, ebenso
wie dies für
den zuerst umschlungenen Formkörper 7 an
der Innenschablone 5 gilt.
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Für
den nächsten,
in einer Fig. nicht dargestellten Arbeitsschritt werden die Innenschablone 5 und
die Außenschablone 6 im
Uhrzeigersinn taktweise weitergedreht, bis der Wickeldraht 2 an
der Außenkontur 37 des
links vom Wickeldraht 2 befindlichen Formkörpers 7 anliegt.
Diese Situation entspricht der Lage des Formkörpers 7b in 5.
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Daraufhin wird die Drahtdüse 16 aus
der Position gemäß 9 in die Position gemäß 6 bewegt und weitere Arbeitsschritte
folgen wie bisher. Erzielt wird dadurch schließlich eine vollständige Wicklungslage 28 gemäß 10.
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Die Formkörper 7 und 8 sind
stabförmig
und besitzen eine Länge,
die ein mehrfaches größer ist als
ihr Querschnitt. Sie sind Haltekerne 7', 8' und weisen einen Querschnitt auf,
der zum Beispiel bohnenförmig
sein kann. Dies gilt wenigstens für die auf der Außenschablone 6 befindlichen
Formkörper 8 bzw. Haltekerne 8'. Die auf der
Innenschablone 5 angeordneten Formkörper 7 bzw. Haltekerne 7' sind etwa trapezförmig und
weisen abgerundete Ecken auf (10).
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Die Formkörper 7, 8 bzw.
Haltekerne 7', 8' und der fingerartige
Träger 18 mit
der Drahtdüse 16 an
seinem Enden 17 ragen von verschiedenen Seiten her gemäß 1 gegeneinander. Der minimale Abstand
der Formkörper 7 auf
der Innenschablone 5 muß daher so bemessen sein, daß sich der
fingerartige Träger 18 mit
der Drahtdüse 16 zwischen
ihnen bewegen kann.
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Die Erfindung ist schließlich nicht
auf das in den Fig. dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, vielmehr
sind auch noch Abwandlungen denkbar, ohne von dem grundsätzlichen
Erfindungsgedanken abzuweichen. Dazu gehört insbesondere, daß auch die
Gleitbahn 20 für
die Drahtdüse 16 bewegbar
angeordnet sein kann und mit Hilfe eines nicht dargestellten Stellmotors
verstellbar ist. Dadurch ergeben sich weitere Freiheitsgrade für die Drahtzuführung.
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Darüber hinaus ist die Erfindung
auch nicht auf die Verwendung einer einzigen Drahtzuführungseinheit 4 beschränkt, vielmehr
können
auch zwei oder mehr, gleichzeitig zum Einsatz gelangende Drahtführungseinheiten
vorgesehen sein.