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Toroidspule Die Erfindung bezieht sich auf eine Toroidspule mit einem
ringförmigen magnetischen Kern sowie zwei ringförmigen, den magnetischen Kern zwischen
sich einschließenden, als Wickelkörper dienenden Halbschalen aus Isolierstoff, die
jeweils mit querverlaufenden, in diametralen Ebenen liegenden und in ihrer Gesamtheit
die Wickelräume begrenzenden Rippen versehen sind.
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Bei der Serienherstellung derartiger Toroidspulen ergeben sich insbesondere
dann beträchtliche fertigungstechnische Schwierigkeiten, wenn es um die Erzielungsmöglichkeit
kleiner Abmessungen geht, wie sie beispielsweise für die Verwendung in Verbindung
mit gedruckten Schaltungen verlangt werden.
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Spulen mit den Kern abdeckenden Halbschalen sind bereits bekannt.
Diese weisen auch radiale Rippen auf, welche zum Trennen der einzelnen Wicklungsabschnitte
voneinander dienen. Diese Rippen durchsetzen allerdings den zentralen Raum der Spule
und füllen diesen weitgehend aus. Daher sind bei Spulen dieser Art dem Bestreben
nach immer größerer Raumersparnis natürliche Grenzen gesetzt.
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Andere bekannte zylindrische Spulen weisen Rippen auf, die nicht über
den maximalen Spulendurchmesser hinausragen. Hieraus folgt, daß die Bewicklung nicht
wie bei einem Ringkern unter Zuhilfenahme eines ringförmigen Magazins erfolgen kann,
welches sich um den feststehenden Spulenkörper dreht, sondern die Spule läuft mit
den Spannbacken um.
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Eine weitere Spule zeichnet sich zwar durch das Vorhandensein von
Isolierbacken aus. Diese stützen sich jedoch nicht auf den Flügeln ab, sondern werden
von einem Zwischenstück gehalten. Dieses zusätzliche Konstruktionselement ragt aber
durch die mittlere Kernöffnung hindurch, so daß sich eine solche Ausbildung für
die Herstellung von Toroidspulen mit geringen Abmessungen von selbst verbietet.
Das Zwischenstück kann auch keinen Schutzkäfig für die Spule bilden, sondern läßt
im Gegensatz hierzu noch einen Spielraum frei.
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Demgegenüber hat sich die Erfindung die Ausbildung einer Toroidspule
zum Ziel gesetzt, die sich bezüglich der Ausbildung ihrer Einzelelemente, aber auch
hinsichtlich der Bewicklung besonders für die Massenfabrikation, insbesondere aber
auch für kleine und kleinste Baugrößen eignet. Durch die Erfindung wird eine solche
Spule geschaffen, die infolge ihrer neuartigen Ausbildung unter Vermeidung der Nachteile
der bisher bekannten Spulen hervorragende Betriebseigenschaften aufweist, bedeutende
Vorteile für die Fertigung mit sich bringt und durch vielseitigste Verwendbarkeit
neue Anwendungsgebiete erschließt.
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Diese Vorteile werden erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß die Rippen
in Form von Flügeln ausgebildet sind, sich auf den zugehörigen Halbschalen ausschließlich
im Bereich des größten Durchmessers derselben abstützen und ihren Abstützungsbereich
beträchtlich überragen und daß die kreisförmigen, im zusammengefügten Zustand aneinandergrenzenden
äußeren Randteile der Halbschalen je aus zwei in verschiedenen Ebenen liegenden,
derart angeordneten Komplementärteilen bestehen, daß die Flügel der beiden Halbschalen
paarweise im zusammengefügten Zustand zwangläufig zur Ausrichtung gelangen, so daß
diese Flügelpaare zusammenhängende Schaufeln oder Zähne bilden, die in radialer
Richtung weit aus dem Wickelraum herausragen.
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Die Wickelräume einer derartigen Toroidspule werden von stabilen Wänden
begrenzt, die mit den Halbschalen aus einem Stück bestehen, so daß auch bei kleinsten
Abmessungen der Spule ohne weiteres eine zuverlässige Bewicklung möglich ist. Ein
weiterer entscheidender Vorteil dieser Ausbildung ist der, daß das Spuleninnere
frei von Wicklungen oder Konstruktionselementen ist. Eine derartige Spule kann auch
bei kleinsten Abmessungen einfach und bequem in die Wickelmaschine eingesetzt werden,
und die mit den Halbschalen verbundenen Flügel gewährleisten eine ausreichende Fläche
für die Wickelräume. Außerdem stellen sie einen ausgezeichneten Schutzkäfig dar.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß parallel
zur Zusammenfügungsebene der Halbschalen zwei Isolierbacken angeordnet sind, die
sich auf die Flügelpaare abstützen, zusammen mit diesen einen Schutzkäfig für die
Wicklung bilden und mit Zentrierrillen versehen sind, in die die äußeren Ränder
der Flügelpaare eingreifen, und daß aus den Isolierbacken Lötstifte zum Anschließen
der Wicklungsenden
und zum Befestigen der Spule herausragen.
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Diesem Merkmal kommt besondere Bedeutung für die Großserienfertigung
der neuen Spule zu, denn die beiden Halbschalen werden beim Zusammenfügen praktisch
selbsttätig- ausgerichtet, und die Zentrierrillen in den Isolierbacken verbringen
die Flügel auf einfachste Weise in die vorgeschriebene Lage, wobei gleichzeitig
noch eine -Übereinstimmung der Stellungen der Lötstifte mit den Lötösen der einzelnen
Wicklungsteile herbeigeführt wird.
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Die Flügel weisen eine oben abgerundete Form auf, um zu verhindern,
daß während des Wickelvorgangs der Draht an einem kantigen Teil hängenbleiben kann.
Die beiden zu einer Wicklung gehörigen Kabelschuhe befinden sich nahe der Isolierbacken,
wobei zwei Kanäle in den Backen zum- Verlegen der Austrittsenden der Wicklung vorgesehen
sind.
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Weitere Merkmale und Einzelheiten in Ausgestaltung der Erfindung und
Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einiger besonders zweckmäßiger
Ausführungsformen der Spule nach der Erfindung sowie an Hand der Zeichnungen, von
denen Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Halbschale, Fig.2 einen Schnitt nach Linie
A-A in Fig. 1, Fig.3 einen Schnitt durch den magnetischen Kern innerhalb der Halbschalen,
Fig. 4 das Wickelschema der neuen Toroidspule, Fig. 5 die Außenfläche einer Isolierbacke,
Fig. 6 die Innenfläche derselben Isolierbacke, ' Fig. 7 einen Schnitt nach Linie
B-B in Fig. 5, Fig.8 eine Einzelheit bezüglich der Lagerung der Isolierbacke auf
den Flügelpaaren, Fig. 9 die fertigmontierte Toroidspule, Fig.10 die 'beiden Spannbacken
einer Wickelmaschine, die auf den Ringkern drücken, Fig. 11 die Anordnung und Wirkung
der Vorschubklinke der Wickelmaschine und Fig. 12 die Erzielung des Preßdrucks für
die obere Isolierbacke wiedergibt.
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Die Fig. 1 und 2 zeigen eine isolierte Halbschale 1 von U-förmigem
Querschnitt, die mehrere kleine Flügel 2 besitzt, welche senkrecht zu der Schale
angeordnet und radial gerichtet sind und zwischen sich einzelne Wickelräume bilden.
Die dargestellte Spule weist beispielsweise sechs Wicklungen auf; selbstverständlich
kann aber eine beliebige Anzahl von Wicklungen vorgesehen sein. Die Fächer brauchen
hierzu nicht gleichmäßig auf den Umfang des Kerns verteilt zu sein. Die Flügel 2
sind bei 3 vorzugsweise abgerundet. Das Wickeln erfolgt von Fach zu Fach, wobei
der Wickelplan und der Drahtvorrat gegeben sind. Der Ringkern kann sich nach diesem
Plan durch eine zwischen zwei entsprechenden Stellungen hin und her gehende Bewegung
nach Maßgabe des Zwischenraums zwischen zwei aufeinanderfolgendenFächern verschieben.
Ein Schenkel des U-förmigen Querschnitts der Halbschale besitzt auf einer Umfanghälfte
einen hervorstehenden Teil 4a, der aus der Ebene 5 herausragt, und dem auf der anderenUmfangshälfte
eine halbringförmige Nut 4 b entspricht, die in der Verbindungsebene liegt.
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Es ergibt sich somit ein Spulenkörper gemäß Fig. 3. In den U-förmigen
Hohlraum einer isolierenden Gestellhälfte kann ein magnetischer Kern 6 eingelegt
werden, der in beliebiger Weise hergestellt sein kann. Die aus dem U-förmigen Hohlraum
der einen Halbschale herausragende Hälfte des Kerns wird von einer zweiten isolierenden
Halbschale aufgenommen, die in die Teile 4 b und 4 a der gegenüberliegenden Gestellhälfte
eingreift. Man kann die beiden Gestellhälften aufeinanderkleben, so daß sie ein
starres Ganzes bilden. Die Bewicklung dieser gesamten Anordnung erfolgt nach Fig.4;
in der die sechs Einzelwicklungen mit I bis VVI bezeichnet worden sind.
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Ist die gesamte zu bewickelndeAnordnung zwischen die sich auf den
Rand einer Anzahl von Flügeln abstützenden Spannbacken auf der Maschine gebracht,
beginnt das Wickeln der ersten Wicklung I, und zwar ausgehend von dem freien Ende
a des Wickeldrahtes. Ist die gewünschte Windungszahl der ersten Wicklung erreicht,
dann wird mit dem Wickeldraht eine Schleife b gebildet und mit der Herstellung der
Wicklung II begonnen, nachdem der Kern um den der soeben fertiggestellten Wicklung
I entsprechenden Winkel verdreht worden ist. Diese Drehung für die neue Einstellung
wird durch eine Klinkensteuerung vorgenommen, bei der ein Flügel einem Zahn des
Schaltrades entspricht. Die Fortschaltung vollzieht sich dabei jeweils nach abgeschlossener
Bewicklung eines jeden Fachs. Hat die zweite Wicklung die gewünschte Zahl von Windungen
erhalten, dann wird. eine Schleife c analog der vorhergehenden Schleife b gebildet
und ebenso bei der Herstellung der dritten Wicklung III verfahren usf., bis zur
Wicklung VI, nachdem jeweils die Schleifend, e und f geformt wurden. Diese Arbeiten
werden durch Herausführen des freien Endes g abgeschlossen. Die fertigbewickelte
Toroidspule weist dann fünf Schleifen b, c, d, e, f und die beiden freien
Enden a und g auf. Hierauf wird er zwischen zwei Isolierbacken gelegt, die den Darstellungen
der Fig. 5, 6 und 7 entsprechen.
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Der äußere Durchmesser der Backe entspricht dem Umfang der Toroidspule
einschließlich der Flügel. Die beiden Ausgänge ein und derselben Wicklung sind mit
zwei Lötfahnen, beispielsweise 7, verbunden und gehen durch zwei Kerben 8 hindurch,
die den Lötfahnen gegenüberliegen. Jede Backe besitzt nur drei Sätze zu je zwei
Lötfahnen, aber jeder fertigbewickelte Ringkern, der zwei Sätze benötigt, hat trotzdem
sechs Sätze zu je zwei Lötfahnen, die für den Anschluß der sechs Wicklungen erforderlich
sind.
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Die Fig..6 zeigt die Innenfläche einer Backe. Zwei Flügel werden in
die Einschnitte 9 hineingedrückt, deren Breite genau derjenigen eines Flügels entspricht
und die schiefe Ebenen 9 a besitzen (s. Fig. 8), die der Schräge eines Flügels entsprechen.
Auf diese Weise werden je zwei einander gegenüberliegende Flügel einwandfrei festgehalten,
während die anderen Vertiefungen 10 breiter sind als ein Flügel und eine gewisse
Abweichung zulassen, die den Herstellungstoleranzen in den Stellungen der Flügel
Rechnung trägt.
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Nach Fig. 7 dient eine Bohrung 11 dem Durchgang einer Schraube, deren
Kopf oder Druckmutter in einer sechseckigen Ausnehmung 12 liegt. Es ist eine flanschartige
Erhebung 13 vorgesehen, deren Höhe den unteren Teilen der Lötfahnen 7 entspricht,
auf welche die Wicklungsenden derart aufgewickelt sind, daß die nach oben ragenden
Teile der Lötfahnen 7 ein einfaches Anlöten ermöglichen. Die Backe trägt an ihrer
Innenfläche einen Bund 14, der einen isolierenden Durchlaß für die Verschraubung
der beiden Buchsen bildet.
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Die Montage der Gesamtanordnung nach Fig.9 geht folgendermaßen vor
sich: Zunächst wird ein bewickelter Ringkern auf die Innenfläche einer Backe, die
kein Montagemerkzeichen trägt, gelegt. Dabei werden die Flügel in die Schlitze 9
und 10 eingesetzt. Dann wird die zweite Backe mit einem Montagemerkzeichen 15 so
aufgelegt, dali sich dieses Zeichen in der Mitte desjenigen Fachs befindet, in welchem
sich auch
die beiden Drahtenden a, g (Fig. 4) befinden. Die sechs
Sätze zu je zwei Lötfahnen, die den Enden der sechs Wicklungen entsprechen, wobei
drei Lötfahnensätze zu der anderen Backe gehören, sind gegenüber den drei Sätzen
der anderen Backe in Fünferanordnung verteilt, oder, anders ausgedrückt, jedem Wicklungsfach
entsprechen immer nur je zwei Lötfahnen, und für aufeinanderfolgende Wicklungen
sind die beiden Lötfahnen einmal auf der einen und dann wieder auf der anderen Backe
angeordnet. Die Backen werden in dieser Lage durch eine Schraube 16 gehalten, welche
die beiden Backen und den Ringkern durchsetzt und in eine Schraubenmutter eingeschraubt
ist, die in der sechseckigen Ausnehmung 12 (Fig. 7) der Backe liegt.
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Die Verdrahtung der Wicklungsenden ist in den Fig. 4 und 5 gezeigt.
Das freie Ende a wird mit der Lötfahne 7 zur Rechten der :Montagemarke 15 verbunden,
die der Klemme E 1 der Fig. 4 entspricht. Die Schleife b wird aufgeschnitten
und ihr Teil b 1 an die andere Lötfahne 7 links von der Marke 15 angeschlossen,
die der Klemme S 1 in Fig. 4 entspricht. Aus Fig. 9 ist ersichtlich, daß das freie
Ende a in die Kerbe eingelegt ist, die der Lötfahne E 1 zugehört. Das Drahtstückchen
b 1 ist in die Kerbe zu der Lötfahne S 1 eingelegt und mit letzterer verbunden.
Das Ende b 2 ist an die Klemme E 2 angeschlossen, und nach dem Aufschneiden der
Schleife c wird das Ende c 1 mit der Klemme S 2 verbunden. Aus Fig. 9 ergibt sich,
daß das Drahtende b 2 durch die der Lötfahne E 2 entsprechende Kerbe hindurchgeht
und an letztere angeschlossen ist und daß das Drahtende c 1 durch die zu der Lötfahne
S 2 gehörige Kerbe hindurchgeht und an letztere angeschlossen ist. Die Verdrahtung
wird nun für die übrigen Wicklungen in analoger Weise durchgeführt.
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Eine zur Herstellung der Spule bestimmte Wickelmaschine besitzt Einrichtungen,
um den Kern während des Wickelvorgangs festzuhalten, und benutzt die Flügel, um
den Wechsel der Wickelfächer vorzunehmen. Das Arbeitsprinzip dieser besonderen Einrichtungen
ist in den Fig. 10, 11 und 12 aufgezeigt.
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In Fig. 10 ist der zu bewickelnde Kern 18 zwischen eine feststehende
untere Backe 19 und eine obere Backe 20 gelegt, die sich mit einem bestimmten Druck
im Sinne des Pfeiles f 1 auf den Kanten der Flügel abstützt. Die beiden Spannbacken
besitzen je eine V-förmige Nut 21, und jeder Schenkel des V stützt sich tangential
auf den abgerundeten Teil eines Flügels ab.
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Die untere Backe 19 hat auf einem Teil ihrer Länge eine mittlere Nut
22, in der eine Klinke 23 verschiebbar ist, wie Fig. 11 zeigt. Die Klinke 23 weist
ein solches Profil auf, daß sie bei ihrer Kreisbewegung um die Achse 24 als Mittelpunkt
einem Flügel 25 anliegt, wenn sie sich im _ Sinne des Pfeiles f 2 bewegt, daß sie
den Flügel aber mitnehmen kann, wenn sie sich im Sinne des Pfeiles f 3 bewegt. DieAuslösebewegung
der Klinke 23 vollzieht sich von oben nach unten in Richtung des Pfeiles f 4 (Fig.
10). Die Klinke kehrt dann unter der Wirkung einer Feder wieder in ihre obere Stellung
zurück, weil sie nicht mehr durch den Flügel behindert ist. Die beiden Klinken 23
werden von einem Hebel 26 gesteuert, der von einer Rückstellfeder 27 in seine Ausgangslage
zurückgestellt werden kann.
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Aus Fig. 12 ist eine am Ende eines Armes 28 angeordnete obere Spannbacke
20 zu ersehen. An dem Arm 28 ist auch eine Welle 29 befestigt, die in einem festen
Teil 30 Drehbewegungen ausführen kann. Eine Feder 31, die einerseits auf
den Flansch 32 des Teils 30, andererseits auf die an der Welle 29 befestigte runde
Scheibe 33 drückt, sucht die Welle im Sinne der Richtung des Pfeiles f 5 zu verschieben,
d. h. also im Sinne des Andrückens der Backe 20 an das zu bewickelnde Werkstück
18. Die Bewegung im Sinne des Pfeiles f 5 ist durch einen Anschlag 34 begrenzt,
der an dem festen Teil 32 angebracht ist. Die wendelförmige Druckfeder 31,
die gleichzeitig als Torsionsfeder benutzt wird, sucht darüber hinaus dem Arm 28
eine Drehbewegung im Sinne des Pfeiles f 6 zu erteilen, die von Anschlägen nach
Art des Anschlages 34 begrenzt wird.
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Die Anordnung nach Fig. 12 arbeitet folgendermaßen: Ist der zu bewickelnde
Kern auf die untere Spannbacke 19 aufgelegt, so drückt man die Scheibe 33 in Richtung
von unten nach oben. Diese dreht sich, weil sie unter dem Druck der Torsionsfeder
31 steht und nicht an den Anschlägen 34 anliegt. Die Spannbacke 20 legt sich über
den zu bewickelnden Kern 18, und bei Nachlassen des Drucks auf die Scheibe 33 kommt
die Backe 20 zum Anliegen an die Flügel des zu bewickelnden Teils.
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Nach jedem Wickelvorgang wird das Gestell von dem Hebel weiterbewegt,
so daß ein Wechsel des Wickelraums eintritt. Sind alle Fächer bewickelt, dann wird
der Ringkern durch Drücken der Scheibe 33 nach oben entfernt, um die Backe 20 abzuheben.