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Wickelvorrichtung zum axialen Aneinanderpressen der Drähte einer Röhrenwicklung
Bekanntlich treten in den Wicklungen von Transformatoren u. dgl. im Kurzschlußfalle
erhebliche Kräfte in Achsrichtung auf. Um diese Kräfte zu beherrschen, wird die
Wicklung, wenn möglich, axial vorgepreßt. Das ist vor allem bei Scheibenspulenwicklungen
wichtig, bei denen die einzelnen Drähte radial aufeinanderfolgen, bis eine Spule
vollgewikkelt ist, und bei denen die einzelnen Spulen axial aneinanderliegen, denn
solche Scheibenspulenwicklungen werden nicht direkt auf einem Isolierzylinder gewickelt,
sondern auf Leisten, die auf dem Isolierzylinder angeordnet sind und einen axialen
Kühlkanal herstellen. Die Spulen liegen daher nur auf den Leisten auf und haben
infolgedessen keine besonders große Haftung gegenüber ihrer Unterlage. Wenn diese
Spulenwicklungen nun axial so vorgepreßt werden, daß die Vorpreßkraft mindestens
der zu erwartenden Kurzschlußkraft entspricht, so ist eine Bewegung der Drähte im
Kurzschlußfall in axialer Richtung nicht zu befürchten.
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Einfacher ist die axiale Festigkeit zu erreichen bei axial fortschreitenden
Windungen einer Röhrenwicklung, wie sie beispielsweise in Lagenwicklungen verwendet
wird. Sämtliche Windungen liegen hierbei im Gegensatz zur vorgenannten Spulenwicklung
auf dem gesamten Umfang auf einem Isolierzylinder auf und haben, wenn sie straff
aufgewickelt sind, erhebliche Reibung gegen diesen Isolierzylinder. Diese Reibung
kann dadurch noch erhöht werden, daß man die Wicklung auf den Isolierzylinder klebt.
Solche Wicklungen braucht man überhaupt nicht nachträglich zu pressen, wenn man
die einzelnen Drähte schon beim Wickeln mit genügender Kraft axial aneinanderpreßt.
Das geschah bisher zum Teil dadurch, daß während des Wickelns ständig neben dem
die Drähte aufwickelnden Wickler eine weitere Arbeitskraft erforderlich war, die
die eben aufgewickelte Windung mechanisch mit einer Vorrichtung, einem Hammer od.
dgl. axial gegen die Nachbarwindung klopfte.
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Dieses Verfahren hatte den Nachteil, daß einmal ständig eine Arbeitskraft
benötigt wurde, die nur während des Aufwickelns, d. h. während der Rotation
der Wickelbank für das axiale feste Anliegen des eben aufgewickelten Drahtstückes
zu sorgen hatte. Das Verfahren hatte ferner auch den Nachteil, daß nicht mit Sicherheit
eine gleichmäßige axiale Anpreßkraft zu erreichen war, so daß als Ergebnis davon
die axiale Aufeinanderfolge der einzelnen Windungen mehr oder weniger unregelmäßig
ausfiel.
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Mit der Vergrößerung der Kurzschlußleistungen wurde es nun auch nötig,
die Kurzschlußfestigkeit einer solchen Lagenwicklung in axialer Richtung weiter
zu verbessern. Es ist nun eine sogenannte Anpreßvorrichtung bekamitgeworden, bei
der das Anpressen der auflaufende'n Drahtwindung an die schon aufgewickelten Windungen
maschinell verfolg und zwar mit einer Vorrichtung, bei der der auflaufende Draht
durch eine axial mitlaufende Anpreßvorrichtung gegen die Nachbardrähte angepreßt
wird. Hierbei ist der verschiebbare Arm, mit dem angepreßt wird, senkrecht zur Wicklungsachse
auf und ab beweglich, jedoch nicht entlang des Wicklungsumfangs. Dabei greift eine
am auflaufenden Draht schleifende starre Anpreßfläche an der höchsten Stelle der
Wicklung, d. h. im Scheitel des auflaufenden Drahtes an und drückt auf breiter
Fläche gegen die Nachbarwindung, nachdem sich der auflaufende Draht schon auf den
Tragzylinder gelegt hat.* Dieses Anpreßverfahren hat den Nachteil, daß der aufgelaufene
Draht, der mit Reibung auf der Unterlage liegt, sehr stark angepreßt werden muß,
um ihn gegen den Nachbardraht zu drücken,. weil diese Reibung überwunden werden
muß. Das gilt besonders bei Wicklungen für große Ströme, bei denen mehrere parallele
Drähte verwendet werden und jeder Draht einen großen Querschnitt aufweist. Dann
muß nämlich, um überhaupt die aufgelaufene Windung gegen die Nachbarwindung pressen
zu können, mit derart hohen Drücken gepreßt werden, daß einmal die Drahtisolation
aufgerissen wird und zum anderen die Wickelbank selbst gegen ihre Lager gedrückt
wird bzw. der Wickelzylinder gegen die Wickelbank oder die zuletzt gewickelte Lage
gegen die vorher aufgewickelte Lage in Umfangsrichtung verschoben wird, da die Torsionsbeanspruchungen
zu groß werden.
Bei der bekanntgewordenen Anpreßvorrichtung wird
außerdem mit einer schleifenden Fläche anangepreßt anstatt mit einer Rolle, so daß
dadurch eine bremsende Wirkung eintritt, die die Kräftebeanspruchung noch erhöht.
Außerdem wird hierbei keine Maßnahme ergriffen, die verhindert, daß im Moment des
Auflaufens die neben die schon vorher aufgewickelte Windung auflaufende Windung
eine Isolationsbeschädigung infolge Scherwirkung dieser beiden Windungen gegeneinander
verursacht.
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Die Erfindung erfüllt alle vorgenannten Forderungen und beseitigt
die Nachteile des bekannten Verfahrens, außerdem wird eine Arbeitskraft eingespart.
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Die Erfindung betrifft eine Wickelvorrichtung zum Aneinanderpressen
der einzelnen Drähte einer axial fortschreitenden elektrischen Wicklung, wobei der
auf die Unterlage auflaufende Draht mittels einer mit dem auflaufenden Draht axial
mitlaufenden Anpreßvorrichtung gegen die vorher aufgewickelte Nachbarwindung gepreßt
wird, mit dem Kennzeichen, daß das Anpressen an einer solchen Umfangsstelle erfolgt,
an der sich die Unterkante des auflaufenden Drahtes zwar näher an der Unterlage
als die Oberkante der vorher aufgewickelten Windung befindet, jedoch der Draht an
der Unterlage noch nicht mit seiner vollen Reibungskraft anliegt, und daß der Anpreßdruck
so lange aufrechterhalten bleibt, bis der aufgelaufene Draht durch eigene Reibung
in der angepreßten Lage verbleibt, und daß diese Reibungskraft durch eine Haltevorrichtung
erhöht wird, die den auflaufenden Draht mechanisch strafft, so daß dieser mit so
großem radialen Druck auf die Unterlage aufläuft, daß die aufgebrachte Anpreßkraft
durch die Reibungskräfte zwischen Draht und Unterlage ständig aufrechterhalten bleibt.
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Mit Hilfe der Erfindung ist ein wirksames Vorpressen von Wicklungen
möglich geworden, wobei die Pressung längs des Umfangs einer jeden Windung und über
die gesamte axiale Länge der Wicklung von einer solchen Gleichmäßigkeit ist, wie
sie bei dem bekannten Verfahren von Hand niemals erreicht werden kann.
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Gegenüber der bekannten Anpreßvorrichtung hat die erfindungsgemäße
Wickelvorrichtung durch die Wahl einer ganz bestimmten Umfangsstelle, an der das
Anpressen erfolgt, den Vorteil, daß bei geringerem Anpreßdruck als bei jener eine
optimale Wirkung erzielt wird. Hierdurch ist auch die Gefahr einer Isolationsbeschädigung,
die bei hohen Anpreßdrücken stets besteht, gebannt, und außerdem werden die Lagerungen
der gesamten Vorrichtung, insbesondere bei der Verarbeitung größerer Drahtquerschnitte,
geschont.
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Die Anpressung kann z. B. mechanisch durch eine Feder erfolgen, welche
etwa eine Rolle, an der der aufzuwickeInde Draht vorbeiläuft, gegen diesen Draht
drückt, so daß dieser Draht gegen den Nachbardraht axial angepreßt wird. Die Anpressung
kann auch auf andere Art mechanisch durch Hebelwirkung od. dgl. erfolgen, jedoch
immer nach dem gleichen Prinzip, welches im folgenden an Hand der Zeichnung näher
erläutert werden soll, wobei in den verschiedenen Figuren gleiche Teile immer mit
der gleichen Bezeichnung versehen sind.
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F i g. 1 zeigt den um die Achse 2 drehbar angeordneten Tragzylinder
1 für die Wicklung. Die Achse 2 ist dabei in den beiden Lagern
3 gehalten und geführt, wo auch der Antrieb der Achse angreift, weicher den
Tragzylinder 1 zur Rotation bringt. Beim Rotieren des Tragzylinders wird
die Drahtlage 4, die aus einzelnen axial fortschreitenden Windungen besteht, von
der Drahtvorratstrommel 5
über den auflaufenden Draht 6 auf den Tragzylinder
1 gewickelt. Es ist der Zustand zu beachten, bei dem der auflaufende Draht
6 infolge Drehung von 1 um 2 in Pfeilrichtung 6' gezogen wird.
Hält man nämlich den auflaufenden Draht 6 mittels eines hemmenden Teiles
11 gegen die Pfeihichtung 6' zurück, so wird erreicht, daß
6 mit erlheblicher Spannung und Reibung auf den Tragzylinder 1 aufgewickelt
wird. Wird nun das Teil 11 axial mit der fortschreitend aufgewickelten Lage
mitgeführt und in gleicher Weise auch die Drahtvorratsrolle 5, indem etwa
durch ein gemeinsames Verbindungsteil 9
und über ein verschiebbares Glied
10 (s. F i g. 2) auch dafür gesorgt ist, daß der auflaufende Draht
in einer bestimmten, dem Tragzylinder 1 angepaßten Höhe aufläuft, so läßt
sich ereichen, daß der axiale Abstand 11' der eben auflaufenden Windung zur
Nachbarwindung gerade so groß ist, daß sich die Drahtisolationen der aufzuwickelnden
und der vorher aufgewickelten Windung nicht berühren und so nicht gegeneinandergedrückt
und abgeschert werden können. Ein Mitführen der Drahtvorratsrolle 5 erübrigt
sich, sofern der Abstand derselben von dem Teil 11 groß genug ist.
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Würde man nun keine weitere Vorrichtung vorsehen, so würden die Windungen
alle mit diesem Abstand 11' axial nebeneinanderliegen. Es ist jedoch an der
Umfangsstelle, an der beide Drähte schon mit einem Teil, aber noch nicht mit dem
ganzen Teil ihrer radialen Breite einander zugekehrt sind und sich fast berühren,
möglich, ohne eine solche Scherwirkung die Berührung der Drähte zu erreichen, indem
der neu aufgewickelte Draht an dieser Umfangsstelle gegen den vorher aufgewickelten
Draht gepreßt oder angeklopft wird. Das erstgenannte Anpressen kann nun dadurch
selbsttätig vorgenommen werden, daß über eine in 11 gelagerte Führungsschiene
12, in die wiederum senkrecht in Höhe der betreffend ausgewählten Umfangsstelle
der Wicklung eine weitere Führungsschiene 13 eingreift, das Rad 14 gegen
den Punkt 15 der Umfangsstelle mittels einer Feder 16
gedrückt wird.
Dabei soll nun der Auflage- und Anpreßpunkt 15 - wie deutlicher aus F i
g. 2 erkenntlich ist - im Umfangsgebiet ß des auflaufenden
Drahtes liegen. Das Winkelgebiet ß (F i g. 2) ist nun so definiert,
daß es innerhalb des Winkelgebietes a
liegt, wobei a wiederum der Winkel
ist, dessen einer Schenkel die Verbindungslinie des Punktes 7 mit der Achse
2 und dessen anderer Schenkel die Verbindungslinie des Punktes 8 mit der
Achse 2 ist. Der Punkt 7 ist der sogenannte Scherpunkt, bei dem sich beide
Drähte, wenn sie dicht axial aneinanderliegen würden, gerade erstmalig berühren.
Der Punkt 8 ist der sogenannte Auflagepunkt, an dem der neu aufgewickelte
Draht 6 erstmalig auf dem Tragzylinder 1
zu liegen kommt und diesen
berührt, so daß er vermittels der Reibungskraft an ihm haftet.
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Man erkennt deutlich, daß nur in dem Umfangsgebiet zwischen
7 und 8 ein axiales Anpressen des neu aufgewickelten Drahtes
6 zweckmäßig ist. Wird das axiale Anpressen vor dem Berührungspunkt
7,
d. h., vor der ersten Berührung der beiden Drähte vorgenommen, so
besteht die Gefahr, daß entweder
die Isolation der Drähte abschert
oder daß der neue Draht statt neben den alten, auf den alten gewickelt wird. Wird
dagegen die Anpreßkraft nach der Auflage des neu gewickelten Drahtes 6 auf
dem Tragzylinder 1 aufgebracht, so kommt diese Anpreßkraft nicht mehr voll
zur Wirkung, weil sie durch die Reibungskraft von 6 auf 1 gehemmt
wird.
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Es wäre für den letzteren Fall eine viel zu große Kraft zum Anpressen
erforderlich, etwa eine mehrfach verstärkte Feder 16, so daß der ganze Anpreßmechanismus
unhandlich und zu schwer werden würde. Da das aufgewickelte Kupfer sehr biegsam
ist, besonders, wenn die aufgewickelten Drähte hochkant gewickelt werden, ist es
im Gebiet des durch die Punkte 7' und 8' gegebenen Winkels
ß
- in F i g. 2 eingezeichnet - möglich, mit relativ
geringen Kräften die neue Wicklung 6 gegen die vorhergehende axial anzupressen.
Am zweckmäßigsten ist es, den Preßdruck an einem Punkt 15 vorzusehen, der
an einer mittleren Umfangsstelle zwischen 7
und 8 liegt. Punkt
15 stellt etwa den Schwerpunkt einer Fläche dar, die begrenzt ist durch die
Oberkante des aufgewickelten, die Unterkante des auflaufenden Drahtes und die Verlängerung
der Verbindungslinie zwischen Wickelachse und demjenigen Punkt des Tragzylinders,
an dem der auflaufende Draht den Tragzylinder erstmals berührt. Kann man aus mechanischen
Giünden etwa wegen der Abmessung oder Führung des Rades 14 nicht genau in diesem
Schwerpunkt pressen, so erhält man auch ähnliche Resultate, wenn man nur innerhalb
des Gebietes ß anpreßt.
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Einen Schnitt, der einige Drähte und den Punkt 15 enthält,
zeigt F i g. 3. In F i g. 3 ist besonders deutlich zu sehen, daß der
neu aufgewickelte Draht 6 mit seiner Isolation 6" in dem Moment, in
dem er gegen die Isolation 4' des letzten Drahtes der schon aufgewickelten Lage
4 gepreßt wird, schon mit seiner Unterkante über die Oberkante der Drähte von 4
gegen den Zylinder 1 gerutscht ist, aber noch nicht auf dem Zylinder
1 aufliegt.
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Aus F i g. 3 sind Einzelheiten der Rolle 14, der Feder
16, die gegen eine axial auf 13 fixierte Scheibe oder einen Splint
16' und mit der anderen Seite gegen das Teil 12 preßt, ersichtlich. Man kann
nun die Anordnung, die die Pressung bewirkt, in verschiedener Weise noch vervollkommnen.
Stets wird man jedoch an der Stelle 15 oder in der Nähe anpressen,
d. h. nach den Prinzipien der Erfindung verfahren. So ist es sicher zweckmäßig,
die Führung der Druckrolle 14 zu. verbessern, indem etwa gemäß F i g. 4 weitere
Führungsrollen 14' auf einem zylindrischen Teil 17 befestigt sind. Dabei
kann das Teil 17 mit Teil 13 oder mit Teil 12 verbunden werden, wobei
durch die Führungsrollen 14' ein Verkanten mit Sicherheit vermieden wird. Der Abstand
zwischen der Führungsrolle 14' und der Anpreßrolle 14 wird zweckmäßigerweise so
klein gewählt, daß der auflaufende Draht nach dem Anpressen durch die Anpreßrolle
nicht zurückfedern kann, bevor er auf dem Tragzylinder zu liegen kommt und dort
durch die Reibungskraft, die mit der Stellschraube 19 eingestellt werden
kann, in der angepreßten Lage festgehalten wird. Es sind auch Rollen 18 möglich,
mittels derer das zylindrischä Teil 17 auf dem Tragzylinder 1 entlang
rollt, da sich der Tragzylinder 1
in Pfeilrichtung l' unter dem festen Zylinder
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hinwegbewegt, doch sind diese in F i g. 4 beschriebenen Einrichtungen
Hilfseinrichtungen, die das Prinzip der Erfindung unterstützen helfen. Durch die
Erfindung wird nun gewährleistet, daß auf allen Umfangsstellen und allen Windungen
zwischen benachbarten Windungen der gleiche axiale Anpreßdruck herrscht, so daß
man von einer , ganz gleichmäßig axial aneinandergepreßten Röhrenwicklung
sprechen k
Die Kurzschlußfestigkeit einer solchen Wicklung ist so groß, daß
man auf ein Festkleben der Drähte auf dem Tragzylinderl verzichten kann. Durch die
Erfindung wird auch gleichzeititg das sonst oft eintretende Abscheren der Drahtisolation
mit Sicherheit verhindert und die Drahtisolation überhaupt geschont, so daß man
bei Anwendung der Prinzipien der Erfindung die Drahtisolation schwächer auslegen
kann. Bekanntlich wird bei Lagenwicklungen die Windungsisolation gerade aus
mechanischen Gründen gegenüber dem elektrisch erforderlichen Mindestwert verstärkt.
Letztere Maßnahme ist nun nicht mehr erforderlich. Die Drahtisolation als
radiale Isolation zwischen nebeneinanderliegenden Lagen ist in einfacher Weise durch,Verstärkung
der festen Lagenisolation, die zwischen den Lagen zylindrisch aufgewickelt wird,
zu erreichen, so daß durch die Maßnahme der Erfindung neben der Erhöhung der Kurzschlußfestigkeit
und der Einsparung einer Arbeitskraft auch der Füllfaktor der Wicklung verbessert
wird.
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Die Erfindung ermöglicht es schließlich, etwa durch Auswechseln der
Federn16 oder durch veränderliche Vorspannung derselben die Anpreßkräfte so zu variieren,
wie es für die jeweilige Wicklung erforderlich ist. Zweckmäßigerweise wird man mit
einer Vorpreßkraft anpressen, die mindestens der im Kurzschlußfalle zu erwartenden
Kontraktionskraft entspricht. Mit dieser Anpreßkraft bleibt dann die Wicklung zusammengepreßt,
wenn die Reibung zwischen Draht und Tragzylinder infolge des Bremseffektes an der
Einspannstelle 11 des Drahtes 6 genügend groß ist. Wenn dann im Kurzschlußfall
die auftretende Kontraktionskraft nicht größer wird als die herrschende Vorpreßkraft
einschließlich der Reibungskraft, so sind Bewegungen der Wicklung und damit Beschädigungen
derselben nicht zu befürchten.
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Die an der Stelle 15 angreifende Anpreßkraft kann außer mittels
einer Feder oder einer Hebelübersetzung selbstverständlich auch hydraulisch übertragen
werden.