-
Verfahren und Vorrichtung zur maschinellen Herstellung von aus hochkant
gewickeltem Flachbandmaterial bestehenden Polspulen für elektrische Maschinen und
Apparate Die Polspulen von mit Polen ausgerüsteten elektrischen Maschinen und Apparaten,
z. B. von Synchrongeneratoren oder von Synchronmotoren oder von Hubmagneten, werden
häufig aus hochkant gewickeltem Flachbandmaterial aufgebaut. Zur maschinellen Herstellung
dieser Polspulen sind bereits Vorrichtungen bekannt, bei denen das Flachbandmaterial
mit Hilfe von Walzen und Biegewerkzeugen hochkant um eine sich bewegende innenliegende
Wickelform gelegt wird, wobei auch das Biegewerkzeug entsprechend der Bewegung der
Wickelform seine Lage verändern kann. Durch diese bekannte Vorrichtung werden Polspulen
mit gleichen Innenabmessungen hergestellt. Werden die Polspulen zur Leistungssteigerung
der mit ihnen ausgerüsteten elektrischen Maschinen stärker belastet, so ergibt sich
die Notwendigkeit, die Polspulen zu kühlen. Dazu werden z. B. Kühlwindungen vorgesehen,
die aus dem Polspulenprofil herausragen und einem kühlenden Luft-, Gas- oder Flüssigkeitsstrom
ausgesetzt sind, der die anfallende Wärme abführt. Bei Polspulen aus hochkant gewickeltem
Flachbandmaterial, z. B. aus Metallbändern, wurden die herausragenden Kühlwindungen
bisher in der Weise hergestellt, daß die zu diesem Zweck vorgesehenen Windungen
nach der Herstellung der Polspule auf der Wickelmaschine z. B. in zwei halbkreisförmige
Windungsteile aufgeschnitten und daß besondere Zwischenstücke zwischen die beiden
Windungsteile eingelötet wurden. Dieses Verfahren ist umständlich, zeitraubend,
teuer und nicht überall anwendbar.
-
Besonders bei Rundpolspulen ist es schwer, solche Kühlwindungen herzustellen,
wenn die Stärke des Metallbandes geringer als 1,8 mm ist. Die Verwendung derartig
dünner Metallbänder kann mit Rücksicht auf elektrische und mechanische Forderungen,
z. B. bei Erregermaschinen, im Hinblick auf die errechnete elektrische Spannung
und/oder auf den zur Verfügung stehenden Wickelraum notwendig werden, sobald in
diesem Wickelraum eine relativ hohe Zahl von Windungen untergebracht werden muß.
-
Die Erfindung bezweckt eine wirtschaftlichere und rein maschinelle
Herstellung derartiger Hochkantpolspulen, insbesondere von Hochkantrundpolspulen
mit herausragenden Windungen, die auch die Verwendung beliebig starker Metallbänder,
vorzugsweise auch von einer Banddicke unter 1,8 mm, zuläßt.
-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur maschinellen Herstellung
von aus hochkant gewickeltem Flachbandmaterial bestehenden Polspulen für elektrische
Maschinen und Apparate, insbesondere für Synchrongeneratoren, mit Spulenwindungen
unterschiedlicher Innenabmessungen unter Verwendung von in ihrer Lage verstellbaren
Werkzeugen zum Formen des Flachbandmaterials zu Spulenwindungen. Gemäß der Erfindung
wird zur Herstellung der Polspule der Wickelradius (R) während des Wickelns des
Flachbandmaterials periodisch verändert: Dadurch entstehen Polspulen, bei denen
einige Spulenwindungen auf dem ganzen Umfang oder auch nur auf Teilen des Umfanges
aus dem normalen Polspulprofil herausragen.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Rundpolspulen,
bei der das Flachbandmaterial ohne innenliegende Wickelform nur von außenliegenden,
an sich bekannten Werkzeugen verformt wird, ist so ausgebildet, daß wenigstens ein
Werkzeug während der Bearbeitung des Flachbandmaterials periodisch in seiner Lage
verstellbar ist. Dieses Werkzeug wird also in zweckmäßiger Weise aus einer das Spulenprofil,
also den kleinen Durchmesser der Windung bestimmenden Lage, während der Bearbeitung
des Flachbandmaterials periodisch in eine andere, einen großen, also den Kühlwindungsdurchmesser
bestimmende Lage vorverstellt und nach Herstellung einer Kühlwindung bzw. mehrerer
Kühlwindungen mit großem Durchmesser in die erstgenannte Lage zurückgestellt. Zu
diesem Zweck kann das Flachbandmaterial wenigstens in zwei aneinander anschließenden
Arbeitsgängen, z. B. zuerst durch Walzen und anschließend durch Biegen, bearbeitet
werden.
-
Die Walzwerkzeuge können in bekannter Weise konische oder zylindrische
Walzen sein, mit denen Metallbänder mit trapezförmigen oder mit rechteckigen Querschnitten
verarbeitet werden können.
Das Biegewerkzeug kann z. B. ein Blech
sein, das eine gekrümmte Fläche hat, an der das zu biegende Metallband entlanggleitet
und dabei bzw. dadurch in die gewünschte Form gebogen wird. Durch die Walzbearbeitung
werden Windungen mit großem und durch die Biegebearbeitung Windungen mit kleinem
Durchmesser erzeugt. Das Biegewerkzeug wird während der Bearbeitung des Flachbandmaterials
beim Übergang vom großen auf den kleinen Windungsdurchmesser oder umgekehrt in weiter
unten noch näher zu erläuternder Weise automatisch oder auch von Hand vor- bzw.
zurückverstellt.
-
An Stelle von Walz- und Biegewerkzeugen für die aufeinanderfolgenden
Arbeitsgänge können aber auch nur Walzwerkzeuge oder nur Biegewerkzeuge für die
aufeinanderfolgenden Arbeitsgänge verwendet werden.
-
In manchen Fällen wird es genügen, wenn gemäß einer Weiterbildung
der Erfindung nur zwei zusammenarbeitende Walzen zur Herstellung der Hochkantpolspulen
mit Windungen bzw. Windungsteilen mit großem bzw. kleinem Durchmesser verwendet
werden und wenn der Abstand der beiden Walzen voneinander oder der von den Achsen
der Walzen eingeschlossene Winkel periodisch verändert, d. h. vergrößert oder verkleinert
wird.
-
Gemäß der weiteren Erfindung kann das Flachbandmaterial durch ein
Arbeitswalzenpaar oder durch mehrere Arbeitswalzenpaare mit zylindrischen, vorzugsweise
aber auch mit kegelförmigen Walzen laufen und nach dem Austritt aus dem letzten
Walzenpaar durch eine Biegevorrichtung oder durch mehrere Biegevorrichtungen laufen
und dabei zuerst in die Windungsform mit dem großen Durchmesser und dann in die
Windungsform mit dem kleinen Durchmesser gebracht werden. Dabei können sowohl die
Walzen der Walzenpaare als auch die Werkzeuge der Biegevorrichtungen während des
Betriebes ruckartig oder kontinuierlich mit der Hand oder automatisch vor- bzw.
zurückverstellt werden. Dadurch ergibt sich je nach Bedarf ein kürzerer oder ein
längerer Übergang von einem Windungsdurchmesser zum anderen.
-
Einander gegenüberstehende Walzen, zwischen denen das Flachbandmaterial
hindurchgeführt wird, können gegeneinander, z. B. durch Schwenken um den Schnittpunkt
der sich schneidenden Achsen der Walzen, verschwenkt werden. Beim Schwenken werden
die Achsrichtungen verändert. Die Walzen können aber auch ohne Veränderung der Achsrichtungen
in eine andere Lage dadurch gebracht werden, daß sie unter Beibehaltung der jeweiligen
Achsrichtung quer zur Achsrichtung, d. h. parallel zu sich selbst; verschoben oder
versetzt werden.
-
- Das Biegewerkzeug kann senkrecht oder parallel zur Polspulenachse
verstellt, z. B. geschwenkt oder verschoben, werden. Es kann eine oder auch mehrere
gekrümmte Arbeitsflächen haben, deren Krümmungsradien verschieden groß sein und
die in einer Ebene oder in verschiedenen Ebenen liegen können, je nachdem, ob das
Biegewerkzeug in einer Ebene senkrecht zur Polspulenachse oder parallel zur Polspulenachse
verstellt wird.
-
Ein Biegewerkzeug, welches parallel zur Achse der-Polspule bzw. der
Aufwickelvorrichtung verstellt wird, kann aus mehreren übereinander angeordneten
gekrümmten Arbeitsflächen- bestehen, deren Krümmungsradien. voneinander abweichen
-können. Sie werden gemeinsam verstellt und kommen nacheinander zur Wirkung.
-
Die Bearbeitungswerkzeuge können während des Betriebes, z. B. in Abhängigkeit
von einer Zählvorrichtung; automatisch gesteuert werden, wenn z. B. jede zweite,
dritte, vierte, fünfte usw. Windung als Windung mit großem Durchmesser hergestellt
werden soll. Die Steuerung kann aber auch in Abhängigkeit von anderen Betriebsgrößen
erfolgen, so z. B. in Abhängigkeit von der Länge des bearbeiteten Flachbandmaterials
oder von der Drehung der Arbeitswalzen oder von der Drehung der Aufwickelvorrichtung
für die Polspule. Zu diesem Zweck können an sich bekannte optische, pneumatische
oder mechanische Abtastvorrichtungen verwendet werden. Dabei können die Walzwerkzeuge
und/oder die Biegewerkzeuge gleichzeitig oder nacheinander verstellt werden.
-
Als Werkstoffe für das Flachbandmaterial kommen vorzugsweise Kupfer,
Kupferlegierungen neben anderen Metallen und deren Legierungen in Betracht.
-
Diese erfindungsgemäßen Maßnahmen ermöglichen die Herstellung von
Hochkantpolspulen mit aus dem Spulenprofil herausragenden Windungen in einem kontinuierlich
durchgeführten, wirtschaftlichen Wickelprozeß, bei denen beliebig viele Windungen
mit größerem Durchmesser zwischen beliebig vielen Windungen mit kleinerem Durchmesser
an beliebigen Stellen vorhanden sind und bei denen die Durchmesserveränderungen
am ganzen Windungsumfang oder aber auch nur an Teilen des Windungsumfanges vorgesehen
sein können.
-
Die Erfindung sei an Hand der F i g. 1 bis 12 näher erläutert.
-
F i g. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Anordnung zur Durchführung
des Verfahrens gemäß der Erfindung, welche zur Herstellung einer Rundpolspule mit
Kühlwindungen dient und aus mit Bezug auf den Lauf des flachen Metallbandes hintereinander
angeordneten Vorrichtungen, und zwar einer Walzvorrichtung und einer Biegevorrichtung
und einer Aufwickelvorrichtung für das bearbeitete Metallband, besteht, bei der
das Werkzeug der Biegevorrichtung quer zur Achse der Aufwickelvorrichtung verstellbar
ist; F i g. 2 zeigt eine Ansicht dieser Vorrichtung in Richtung A -A in der
F i g. 1; F i g. 3 veranschaulicht die Herstellung einer Spulenwindung mit großem,
die F i g. 4 die einer Spulenwindung mit kleinem Durchmesser; F i g. 5 bis 8 sind
in Achsrichtung gesehene schematische Darstellungen von Polspulen, bei denen die
Spulenwindungen mit großem Durchmesser nur einen Teil eines Spulenwindungsumfanges
betragen; F i g. 9 zeigt einen Schnitt durch den Rand eines Biegewerkzeuges mit
zwei übereinander angeordneten gekrümmten Arbeitsflächen, welches in Richtung der
Polspulen- oder Aufwickelvorrichtungsachse verstellt wird; F i g. 10 zeigt einen
Querschnitt durch ein Biegewerkzeug mit einer gekrümmten Arbeitsfläche; F i g. 11
zeigt einen Teilquerschnitt durch eine Polspule mit dem Polspulenkasten; F i g.
12 zeigt schematisch eine Wickelvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die
mehrere Wälz- und Biegevorrichtungen--hat.
In der F i g. 1 ist mit
1 das zu verarbeitende flache Metallband bezeichnet. Es kann beispielsweise einen
trapezförmigen Querschnitt 2 oder einen länglichrechteckigen Querschnitt 3 haben.
-
Die Maschine zur Herstellung der Rundpolspule besteht aus einer Walz-,
einer Biege- und einer Aufwickelvorrichtung. Zur Walzvorrichtung gehören ein Motor,
z. B. ein Elektromotor 4, und zwei einander gegenüberstehende Walzen 5 und 6, zwischen
denen das Metallband 1 in Richtung des Pfeiles 7 läuft. Der Motor 4 treibt beide
Walzen an, was durch die gestrichelten Linie 5 a und 6 a angedeutet ist.
Mit der Walzvorrichtung werden Spulenwindungen mit großem Durchmesser hergestellt.
-
Die Biegevorrichtung besteht aus einem Blech 8 mit einer gekrümmten
Arbeitsfläche 8 a (vgl. auch die F i g. 10). Das Blech hat einen Vorsprung
8 b zur Stützung des Metallbandes, der ein Abgleiten des Metallbandes in Richtung
8 c verhindern soll. Die Arbeitsfläche 8a formt das aus der Walzvorrichtung kommende,
gebogene Metallband 1 zu einer Windung mit einem Durchmesser, der kleiner als der
Durchmesser ist, mit welchem das gebogene Metallband die Walzvorrichtung verläßt.
Das Blech 8 kann in Richtung der Pfeile 9 und 10 parallel zu sich selbst hin- und
herverstellt und/oder um eine Achse 11 in den Pfeilrichtungen 12 und 13 gedreht
werden. Die Achse 11 ist um das Maß 53 (vgl. F i g. 3 und 12) gegenüber der Formflächenkante
54 versetzt angeordnet.
-
Die Aufwickelvorrichtung besteht aus einem Drehteller 14 mit einer
Stange 15. Der Drehteller ist im Lager 15a geführt.
-
Zur Erklärung der Arbeitsweise sei angenommen, daß das Blech 8 die
in der F i g. 3 gezeichnete Stellung einnimmt. Die beiden Walzen 5 und 6 transportieren
das Metallband 1 in Pfeilrichtung 7 und geben ihm dabei unter Veränderung seines
Querschnittes die dargestellte Kreisform 1a mit dem Durchmesser 16. Die einzelnen
Windungen der Polspule legen sich dabei auf den Drehteller 14.- Auf diese
Weise werden Kühlwindungen mit großem Durchmesser hergestellt. Bei diesem Arbeitsprozeß
ist es nicht erforderlich, daß das Blech 8 an dem zur Windung geformten, aus der
Walzvorrichtung tretenden Metallband 1 anliegt (vgl. die Darstellung in der F i
g. 3). Es kann aber vorkommen, daß sich die Spulenwindungen nicht genügend genau
aufeinanderlegen. Es kann daher vorteilhaft sein, das Blech 8 so weit an die Metallbandwindung
heranzuzustellen, daß es die Spulenwindungen, ohne sie zu formen, in die erforderliche
Lage führt. Das Blech 8 hat in diesem Fäll keine Biegearbeit zu leisten, sondern
nur eine Führungsaufgabe zu erfüllen.
-
Sollen normale Polspulwindungen mit dem dem Profil der Spule entsprechenden
kleineren Durchmesser erzeugt werden, so wird der Wickelradius »R« verändert und
das Blech 8 in die in der F i g. 4 dargestellte Position gebracht. In dieser Stellung
ist es so weit an die Achse, d. h. an die Stange 15, der Wickelvorrichtung herangebracht,
daß das Metallband nach dem Durchlaufen durch die Kegelwalzvorrichtung an die Arbeitsfläche
8 a des Bleches 8 gelangt und durch diese auf den erforderlichen kleineren Windungsdurchmesser
17 der Polspule verformt wird, welcher entsprechend kleiner als der Durchmesser
16 ist. Das Blech 8 arbeitet in diesem Fall als Biegevorrichtung. Das beweglich
gelagerte Blech 8 kann von Hand oder automatisch durch einen nicht dargestellten
Mechanismus in die jeweils erforderliche Lage gebracht bzw. zurückgebracht werden.
Soll z. B. eine Spule hergestellt werden, bei der nur jede fünfte Windung eine Kühlwindung
ist, so wird das Blech -8 nur bei jeder fünften Windung aus seiner inneren Arbeitslage
in die äußere Lage gebracht. In dieser Lage wird der durch den Walzprozeß gegebene
Durchmesser des Windungskreises, wie bereits oben erwähnt, nicht verändert, sondern
das Metallband wird von dem Blech 8 nur geführt, damit die einzelnen Windungen gleichmäßig
übereinanderliegen.
-
Das Blech 8 braucht nicht während der Zeit der Herstellung einer ganzen
Windung, sondern es kann auch nur während der Zeit der Herstellung einer halben
oder drittel usw. Windung seine Arbeitslage einnehmen. Es ergeben sich dann Polspulen,
bei denen die herausragenden Windungsteile beispielsweise nur eine halbe oder drittel
Windung betragen, vgl. die vorspringenden Windungsteile 18, 19
(F i g. 5)
bzw. 20, 21, 22 (F i g. 6).
-
Polspulen, bei denen Kühlwindungen 23, 24 bzw. 25, 26 mit großem
Radius nur auf gegenüberliegenden Spulenseiten herausgezogen sind, lassen sich entsprechend
der F i g. 7 nebeneinander anordnen. Das hat den Vorteil, daß die Achsen
27 und 28 der Polspulen näher aneinanderliegen können (vgl. den Abstand
29, F i g. 7), was die Unterbringung solcher Polspulen auch bei beschränkten Raumverhältnissen
erleichtert.
-
Es ist auch möglich, die Steuerung der Bewegungen des Bleches 8 so
durchzuführen, daß der hervorragende, zur Kühlung dienende Windungsteil von Windung
zu Windung um einen bestimmten Winkelbetrag, z. B. um 90°, verschoben ist. Vergleiche
F i g. 8, welche eine solche Polspule in Ansicht von oben schematisch darstellt.
Dabei kann die erste Windung z. B. den herausragenden Kühlwindungsteil 30, die zweite
Windung den herausragenden Kühlwindungsteil 31, die dritte Windung den herausragenden
Kühlwindungsteil 32 und die vierte Windung den herausragenden Kühlwindungsteil 33
haben. Die Kühlwindungsteile sind den übereinander liegenden Windungen also gegeneinander
versetzt angeordnet.
-
Bei den bisherigen Ausführungsbeispielen ist das Blech 8 stets in
einer Ebene 34 (vgl. F i g. 1 und 2) senkrecht zur Spulenachse oder Stange 15 verschwenkt
öder verstellt -worden.
-
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann das Blech 8 aber auch
parallel zur Spulenachse öder Stange 15; d: h. in Richtung 35, verstellt werden
(vgl. F i g. 2 und 9). Das Blech ist in der F i g. 9 mit 36 bezeichnet, welche den
Rand des Bleches im Querschnitt darstellt. Das Blech 36 hat zwei übereinander angeordnete
Formflächen 37 und 38, die durch eine Übergangsfläche 39 miteinander verbunden sind.
Während der Herstellung der Windungen mit normalen kleinen Durchmessern dient zur
Verformung des aus den Kegelwalzen kommenden Metallbandes die obere Fläche 37. Vergleiche
die gestrichelt eingezeichnete Normalwindung 40. Sollen Windungen mit großem Durchmesser
hergestellt werden, so wird das Blech 35 in Pfeilrichtung 41 verschoben, so daß
das von den Walzen kommende, gebogene Metallband 1 nicht mehr durch die Fläche 37
gebogen wird, sondern in den von der Fläche 38
begrenzten Raum eintreten
und dort, wie oben beschrieben wurde, geführt werden kann. Vergleiche die gestrichelt
gezeichnete Kühlwindung 42. Hier wird also ein Formwerkzeug (Formfläche 37) durch
ein Führungswerkzeug (Führungsfläche 38) ersetzt.
-
Die F i g. 11 zeigt einen Querschnitt durch eine mit Kühlwindungen
versehene Polspule im Schema. Die Kühlwindungen 43 haben den Durchmesser 44, z.
B. 380 mm, die normalen Polspulenwindungen 45 den Durchmesser 46, z. B. 360 mm.
Der Polspulenkosten ist mit 47, die Polspulenachse mit 48 beziffert.
-
Sollen Polspulen aus besonders starkem Kupferband mit geringem Durchmesser
hergestellt werden, wie es beispielsweise in der F i g. 12 schematisch angedeutet
ist, so können gemäß der weiteren Erfindung mehrere Walzvorrichtungen 49, 50 und
mehrere Biegevorrichtungen 51, 52 hintereinander angeordnet sein und das Kupferband
nacheinander bearbeiten. Die Reihenfolge der Vorrichtungen in Richtung des Metallbandlaufes
ist beliebig. Bei diesem Ausführungsbeispiel können sämtliche Walzen als auch alle
Biegebleche einzeln verstellbar sein.
-
Das Verfahren gemäß der Erfindung kann auch zur Herstellung von Langpolspulen
verwendet werden. Langpolspulen haben zwei lange und manchmal auch zwei kurze jeweils
einander gegenüberliegende Seiten. In diesem Fall wird vorteilhafterweise eine Wickelvorrichtung
mit innenliegender Wickelform verwendet. Die Wickelform wird in einzelne Formwerkzeuge
unterteilt, die die Längs- und gegebenenfalls die Querseiten und die abgerundeten
Übergänge von einer Seite auf die andere Seite formen. -Die innenliegenden
Formwerkzeuge werden analog den außenliegenden Formwerkzeugen beweglich und verstellbar
gemacht. Diese Verstellbarkeit erstreckt sich nicht nur auf die die Übergangsbögen
zwischen den Seiten formenden Werkzeuge, sondern auch auf die langen, die Längsteile
der Windungen und gegebenenfalls auf die kurzen, die Querteile der Windungen formenden,
innenliegenden Formwerkzeuge.