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Spulenwickelmaschine zum ununterbrochenen Bewickeln der Nuten von
Rotoren kleiner elektrischer Kollektormotoren Es ist eine Spulenwickelmaschine bekannt
zum ununterbrochenen Bewickeln der Nuten von Rotoren kleiner elektrischer Kollektormotoren
mit in Reihe geschalteten Spulen und zwischen den verschiedenen Spulen liegenden
Drahtschlaufen. Diese Spulenwickelmaschine weist eine mit zum Schlaufenziehen herabsetzbarer
Winkelgeschwindigkeit drehbare Welle auf, die einen Wickelkopf trägt, in dem der
Rotor derart aufgenommen und arretierbar ist, daß die Rotorwelle sich quer zur Drehachse
des Wickelkopfes erstreckt, und der mit einer automatisch gesteuerten Vorrichtung
versehen ist, die die Arretierung des Rotors nach dem Wickeln einer Spule bei kleiner
Winkelgeschwindigkeit des Wickelkopfes aufhebt, den Rotor stufenweise zur Bewicklung
der nächsten Nuten weiterdreht und einen innerhalb des Wickelkopfes angeordneten
Haken zur Bildung einer Drahtschlaufe in Eingriff mit dem Draht bringt. Diese bekannte,
in der österreichischen Patentschrift 206 519 beschriebene Maschine hat den Nachteil,
daß die gebildeten Schlaufen nicht gewunden werden, so daß sie vor Anschluß an den
Kollektor in einem gesonderten Arbeitsgang noch gewunden werden müssen. Ein weiterer
Nachteil ist, daß alle gebildeten Schlaufen auf dem Haken verbleiben, so daß sie
sich nach beendeter Wicklung des Rotors leicht verwirren und die Möglichkeit besteht,
daß als Folge der stufenweisen Drehung des Rotors eine Spannung in der Schlaufe
entsteht und diese brechen kann.
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Bei Maschinen zum Bewickeln von kleinen Kollektormotorankern ist es
auch schon bekannt (deutsche Auslegeschrift 1094 352), den Haken für das
Ziehen der Kollektorschlaufen so anzutreiben, daß er sowohl eine axiale Bewegung
als auch eine Drehung um seine eigene Welle ausführen kann. Da aber der Haken bei
der axialen Bewegung den Draht nicht greift, muß hierbei nach Fertigstellung einer
Spule der Wickelkopf abgestellt und der Draht von Hand über den Haken gehängt werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Spulenwickelmaschine
eingangs erwähnter Art mit einem kompakten Wickelkopf zu schaffen, in der der Wickelvorgang,
bestehend aus dem Wickeln, dem Schlaufenziehen und dem Winden der gezogenen Schlaufe,
völlig automatisch stattfindet.
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Diese Aufgabe ist bei der Spulenwickelmaschine gemäß der Erfindung
dadurch gelöst, daß der Haken parallel zur Achse des Wickelkopfes bewegbar und um
seine eigene Achse drehbar gelagert ist, wobei die Bewegung in Richtung der Wickelkopfachse
durch die Vorrichtung erfolgt, die bei kleiner Winkelgeschwindigkeit des Wickelkopfes
die stufenweise Drehung des Rotors verursacht, während die Drehung des Hakens durch
mit diesem mittels einer Zahnradübertragung verbundene exzentrisch angeordnete Gewichte
erfolgt, die entgegen der Spannung von Federn unter Einwirkung von durch die auftretenden
Winkelgeschwindigkeitsänderungen des Wickelkopfes erzeugten Kräften bewegbar sind,
wobei der Haken zweckmäßig eine derartige Form aufweist, daß in einer Drehrichtung
die gezogene und gewundene Schlaufe festgehalten wird, während in der anderen Drehrichtung
die Schlaufe gelöst wird.
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In dieser Maschine kann der Wickelvorgang völlig automatisch durchgeführt
werden, wobei dadurch, daß jede gewundene Schlaufe sogleich vom Haken gelöst wird,
keine Spannung in den Schlaufen auftritt, so daß keine Gefahr für das Zerbrechen
der Schlaufen besteht.
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Um die Drehung der exzentrisch angeordneten Gewichte in einer Richtung
zu begrenzen, ist nach einer Weiterbildung der Erfindung ein außerhalb des Wickelkopfes
einstellbarer Anschlag vorhanden. Dieser gewährleistet, daß der Haken immer in seine
richtige Ausgangslage zurückkehrt.
Eine weitere Ausgestaltung der
Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in der axialen Bewegungsbahn des Hakens
ein Speichenrad angeordnet ist, dessen Nabe gleiche Sektoren einschließende Speichen
aufweist, deren Anzahl um eins kleiner ist als die Anzahl der auf den Rotor zu wickelnden
Spulen und die derart ausgebildet sind, daß der Haken eine axiale Bewegung zwischen
zwei aufeinanderfolgenden Speichen ausführen kann. Durch Drehung dieses Speichenrades
wird die gewundene Schlaufe vom Haken entfernt, so daß beim Zurückdrehen der Haken
nicht zu befürchten ist, daß die Schlaufe wieder entwickelt wird.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung nachfolgend näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt einen Querschnitt des Wickelkopfes längs der Linie
II-11 der F i g. 2, in Pfeilrichtung betrachtet; F i g. 2 zeigt eine Draufsicht
des Wickelkopfes; F i g. 3 ist ein Querschnitt des Wickelkopfes längs der Linie
111-11I der F i g. 1, in Pfeilrichtung betrachtet; F i g. 4 ist ein Querschnitt
längs der Linie IV-IV der F i g. 3, wieder in Pfeilrichtung betrachtet; F i g. 5
ist ein Querschnitt längs der Linie V-V der F i g. 3, auch in Pfeilrichtung betrachtet;
F i g. 6 ist eine Unteransicht des Wickelkopfes; F i g. 7 zeigt einen Teil eines
Querschnitts längs der Linie VI-VI der F i g. 2. in Pfeilrichtung betrachtet; F
i g. 8 ist ein Querschnitt längs der Linie VII-VII der F i g. 7, wieder in Pfeilrichtung
betrachtet; F i g.9 zeigt in vergrößertem Maßstab ein Speichenrad mit fünf
Speichen.
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In den Figuren ist mit 1 ein Gehäuse eines Wickelkopfes bezeichnet,
der eine konische Buchse 2 enthält und am Ende mit Schraubengewinde 3 versehen ist,
auf die eine Spannmutter 4 geschraubt ist. Mittels dieser Spannmutter 4 und der
mit einer Nut versehenen kegligen Buchse 2 kann der Wickelkopf auf einer nicht dargestellten
Welle einer Spulenwickelmaschine befestigt werden. Das Gehäuse 1 hat einen Schlitz
5, in dem ein Stift 6 liegt. Dieser Stift 6
ist an einer Schiebebuchse
7 befestigt, die mit einer Nockenrolle 8 versehen ist. Mit dem Gehäuse 1 ist durch
Schrauben 9 ein Zwischenring 10 und ein Oberstück 11 verbunden, und zwischen dem
Gehäuse 1 und dem Zwischenring 10 ist eine Anfüllplatte 12 vorhanden.
Der Stift 6 ist durch eine einstellbare Mutter 13 mit einer zentralen Welle 14 verbunden,
auf der ein U-förmiges Tragglied 15 befestigt ist. In diesem Tragglied 15 ist eine
Klinke 16 drehbar um einen Stift 17 angeordnet und mit einer Einstellschraube
18 versehen. Auch befindet sich hier eine Arretierklinke 19, die um
einen Stift 20 drehbar ist und auch mit einer Einstellschraube 21 versehen
ist. Die beiden Einstellschrauben 18 und 21 sind durch Öffnungen 22 im Oberstück
11 erreichbar. Die beiden Klinken 16 und 19 werden durch eine Zugfeder 22
a aufeinander zu gezogen. Ein mit gestrichelten Linien dargestellter sechspoliger
Rotor 23 besitzt eine Welle 23 a. Der Rotor 23 ist zu bewickeln und ist während
des Bewickelns durch zwei auf beiden Seiten des U-förmigen Traggliedes 15 vorhandene
Nocken 24 gegen Drehung gesichert. Eine Feder 25, die an einem Tisch 26 befestigt
ist, belastet die Klinke 19. Am U-förmigen Tragglied 15 befindet sich weiter noch
eine Zahnstange 27. Im Oberstück 11 ist eine schwalbenschwanzförmige
Nut 28 vorhanden, in der verstellbare Balanciergewichte 29 angebracht sind.
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Die Welle 14 ist in einer Buchse 30 gleitbar angeordnet,
zu der konzentrisch eine Buchse 31 liegt, die auf ihrem unteren Ende mit Zähnen
32 versehen und am Oberende fest mit einem Zahnrad 33 verbunden ist. Das untere
Zahnrad 32 kämmt mit Zahnrädern 34 zusammen, die um Zapfen 35 drehbar sind (vgl.
F i g. 7 und 8). Diese Zahnräder sind zur Hälfte durch eingegossenes Blei 36 beschwert.
Eine Nabe 37 dieser Zahnräder 34 ist verlängert und ist mit dem Ende einer Spiralfeder
38 verbunden, deren anderes Ende mit einer Schraube 39 an der Wand des Gehäuses
befestigt ist. Die Nabe 37 besitzt weiter noch einen Anschlag 76, der sich in einem
ringförmigen Raum 77 befindet. Ein verstellbarer Stift 78 ist im Gehäuse angeordnet
und arbeitet mit dem Anschlag 76 zusammen. Das Zahnrad 33 arbeitet mit einem Zahnrad
40 zusammen, das um eine Welle 41 frei drehbar ist und fest mit einem
Zahnrad 42 verbunden ist (s. F i g. 3).
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Wie aus F i g. 4 ersichtlich ist, befindet sich im Zwischenring
10 und im Oberstück 11 eine Welle 43
die auf ihrem Oberende
mit einem Haken 44 versehen ist. Ein Teil dieser Welle 43 ist mit ringförmigen Zähnen
45 versehen. Diese Welle 43 ist von einem Zahnrad 46 mit einer Buchse 72 umgeben,
das mit dem Zahnrad 42 kämmt. Die Buchse 72 ist durch einen Keil 73 mit der Welle
43 verbunden und in einem Nadellager 74 gelagert. Mit der Zahnstange 27 ist ein
Zahnrad 47 im Eingriff (s. F i g. 1, 3 und 5), das auf einer Welle 48 frei drehbar
ist und mit einem Zahnrad 49 kämmt, das durch eine Buchse 50 mit einem
Zahnrad 51 verbunden ist. Die Buchse 50 ist um eine Welle 52 drehbar;
die beiden Wellen 48 und 52 sind fest im Zwischenring 10 angeordnet. Das
Zahnrad 51
arbeitet mit den ringförmigen Zähnen 45 auf der Welle 43
zusammen.
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Auf dem Oberstück 11 befindet sich eine Welle 53 (s. F i g. 9), auf
der ein Speichenrad 54 drehbar ist. Dieses Speichenrad besitzt fünf Speichen,
also eine Speiche weniger als die Anzahl der Nuten des zu bewickelnden Rotors. Die
Speichen teilen das Rad in eine gleiche Anzahl von Sektoren, wobei jeder Sektor
derart groß ist, daß die Welle 43 mit dem Haken 44 sich in jedem Sektor bewegen
kann. Auf der Welle 53 ist ein Ring 55 mit Klauen fest angeordnet; das Rad 54 hat
auf seiner Oberseite Klauen 56 und auf seiner Unterseite Klauen 57, die mit einer
frei auf der Welle drehbaren Buchse 58 zusammenarbeiten, welche mit einem Stift
59 und einem auf ihm angeordneten Gewicht 60 versehen ist. Eine Druckfeder
61. hält die zwei Klauenkupplungen geschlossen, und ein Anschlag
62 (F i g. 2) verhütet Drehung des Gewichts 60
in einer Richtung. Die
Klauenanzahl ist gleich der Speichenanzahl. Weiter hat dieses Oberstück noch zwei
diametral zueinander liegende Stifte 63 und 64. Um diese Stifte sind zwei Buchsen
65 und 66 drehbar, die je mit Nuten 65 a und 67 versehen sind. Die Stifte 63 und
64 haben entsprechende Nuten 68 und 69. Die beiden Buchsen 65 und 66 sind durch
einen drehbaren Bügel 70 miteinander verbunden. Die Buchse 66 besitzt außerdem
eine Fahne 71. Der Bügel 70 liegt im niedergeklappten Zustand an einem Stift 75
an.
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Die Wirkungsweise des beschriebenen Wickelkopfes ist folgende: Es
wird angenommen, daß, wie mit gestrichelten
Linien in den F i g.
1 und 2 dargestellt ist, ein sechspoliger Rotor zu bewickeln ist und daß der Draht
79 durch einen Drahtführer 80 auf die dargestellte Weise zugeführt wird.
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Der Bügel 70 wird zuerst gedreht, bis er sich in einer Lage
senkrecht hinsichtlich der in F i g. 1 gezeichneten Lage 1 befindet. Dadurch gelangen
die Nuten 65 a und 67 über die entsprechenden Nuten 68 und 69 in die Stifte
63 und 64, so daß die Rotorwelle eingeführt werden kann. Wenn diese Rotorwelle mit
dem Rotor an ihrer Stelle ist, wird der Bügel wieder in seine waagerechte Lage versetzt,
und die Welle ist also eingeschlossen. Beim Einführen des Rotors sind die federnd
angeordneten Klinken 16 und 19 nach beiden Seiten gedreht, und nach dem Anordnen
halten die Nocken 24 den Rotor in der gewünschten Lage. Das Ende des Drahtes wird
irgendwo befestigt, z. B. einige Male um die Rotorwelle gewunden.
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Weil die Maschine und der Kopf stillstehen, liegt das Gewicht 60 mit
dem Arm 59 an dem Anschlag 62 an, und die Zahnräder 34 befinden sich in der in F
i g. 8 dargestellten Lage; die Spiralfedern 38 sind zum Teil entspannt; sie haben
eine kleine Vorspannung. Jetzt wird die Maschine eingeschaltet, und der Wickelkopf
dreht sich mit großer Geschwindigkeit, die 8000 bis 9000 Umdrehungen in der Minute
betragen kann. Zwei der Rotornuten werden bewickelt. Außerdem werden die Zahnräder
34 in eine andere Lage versetzt, da die Gewichte 36 durch die Zentrifugalkräfte
nach außen schleudern, wobei die Zahnräder 34 sich um die Welle 35 drehen und die
Feder 38 gespannt wird.
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Auch das Gewicht 60 wird nach außen geschleudert, aber das Speichenrad
54 bleibt still stehen, da die Klauen auf dem Ring 55 die Drehung verhüten. Durch
die Drehung der Zahnräder 34 wird durch die Zahnradübertragung 32, 33, 40, 42 und
46 auch die Welle 43 mit dem Haken 44 gedreht; dies hat jedoch vorläufig keine Wirkung.
Sobald die betreffenden Rotornuten mit der erforderlichen Windungszahl bewickelt
sind, wird die Drehzahl der Maschine, gegebenenfalls unter Anwendung elektrisch
erregter Bremsen und elektrischer Zählwerke, möglichst schnell auf z. B. 50 Umdrehungen
in der Minute reduziert. Gleichzeitig wird auf nicht dargestellte Weise und z. B.
auch mit elektrischen Mitteln ein auf der Maschine befindlicher profilierter Ring
derart mit der Nockenrolle 8 in Zusammenarbeit gebracht, daß diese eine axiale Bewegung
ausführt. Dadurch wird die Schiebebuchse 7 nach unten gezogen, wodurch die Welle
14 und die Klinken 16 und 19 sich auch nach unten bewegen (F i g. 1). Durch die
auf der Klinke 19 vorhandene Nase wird der Rotor jetzt um 30° gedreht, was möglich
ist, da die Nocken 24 aus der Rotornut gezogen sind.
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Durch die Bewegung der Schiebebuchse 7, der Welle 14 und des V-förmigen
Traggliedes 15 ist auch die Zahnstange 27 nach unten gezogen, und durch diese Bewegung
wird durch die Zahnradübertragung 27-47-49-51 und die mit dem Rad 51 zusammenarbeitenden
Zähne 45 auf der Welle 43 der Haken 44 nach oben und außerhalb des eigentlichen
Wickelkopfes bewegt. Dieser Haken greift den Draht 79. Die Rolle 8 wird jetzt wieder
in die Anfangslage versetzt, wobei durch die Klinke 16 der Rotor noch einmal um
i 30° gedreht und in dieser neuen Lage durch den Nocken 24 arretiert wird. Zugleich
bewegt sich der Haken 44 mit dem Draht nach unten, so daß eine Schlaufe im Draht
gebildet wird. Die Maschine wird jetzt auf volle Geschwindigkeit gebracht, und die
zweite Spule wird gewickelt.
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Durch die Geschwindigkeitsabnahme während der stufenweisen Drehung
des Rotors sind die Zahnräder 34 durch die gespannten Federn 38 wieder in
ihre Anfangslage gelangt, wobei die Anschläge 78 und 76 diese Lage bestimmen. Wird
die Winkelgeschwindigkeit des Wickelkopfes jetzt größer, so schleudern die Gewichte
36 wieder nach außen, und die Federn 38 werden gespannt. Dadurch wird jedoch die
Welle 43
mit dem Haken 44 sich einige Male drehen und die sich noch im Haken
44 befindliche Drahtschlaufe gewunden. Die Drehung erfolgt wie erwähnt durch
die Zahnradübertragung 32-33-40-42-46; die Anschläge 78 und 76 sorgen
dafür, daß der Haken 44 immer in seine richtige Lage zurückkehrt.
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Auch das Gewicht 60 schleudert nach außen, aber nimmt, wie erwähnt,
das Speichenrad 54 nicht mit. Die gebildete und gewundene Schlaufe befindet sich
im Sektor zwischen zwei Speichen. Der Haken 44 ist derart ausgebildet, daß
die gewundene Schlaufe bei einer Drehrichtung der Welle 43 mit dem Haken festgehalten
wird. Auch wenn die Welle 43 sich nicht dreht, liegt die Schlaufe noch im Haken.
Dreht sich jedoch die Welle 43 in der anderen Richtung, was also der Fall
ist, wenn die Winkelgeschwindigkeit des Wickelkopfes kleiner wird, so löst der Haken
44 die (gewundene) Schlaufe. Zugleich schleudert das Gewicht 60 zurück gegen
den Anschlag 62 und nimmt jetzt das Speichenrad 54 mit der in einem der Sektoren
liegenden Schlaufe mit. Die Gewichte 36, die Federn 38, das Gewicht 60 und
die Zahnradübertragung sind derart gewählt, daß die Bewegung des Speichenrades durch
die Herabsetzung der Drehzahl stattfindet, ehe die Welle 43 mit dem Haken 44 sich
axial bewegt. Die gebildete und gewundene Schlaufe wird also ausschließlich durch
die Drehung des Rades 54 mitgenommen, wobei das Schlaufenende durch die dem
Winden der Schlaufe entgegengesetzte Drehung des Hakens 44 gelöst ist, die
an sich durch die Herabsetzung der Drehzahl stattfindet. Durch die noch immer auf
die gewundene Schlaufe einwirkende Zentrifugalkraft dehnt die Schlaufe sich also
in Richtung der Rotorwelle aus und wird im Zusammenwirken mit dem Weiterdrehen des
Rotors durch die Fahne 71 gefangen und hinter dieser Fahne aufgefangen. Dann kann
nach dem Weiterdrehen des Rotors eine neue Windung gelegt werden, und der Zyklus
wiederholt sich.
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Das Zurückdrehen der Zahnräder 34 beim Herabsetzen der Drehzahl durch
die gespannten Federn mit der Folge, daß sich die Welle 43 mit dem Haken
44
auch dreht, kann selbstverständlich ohne Bedenken erfolgen, da kann keine
Schlaufe gebildet ist.
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Es wird einleuchten, daß das Speichenrad 54 eine Anzahl Speichen und
von diesen Speichen eingeschlossene Sektoren haben muß, die um eins kleiner ist
als die Anzahl der Pole bzw. die Anzahl der herzustellenden Spulen auf dem zu bewickelnden
Rotor; denn der Anfang und das Ende des Drahtes nach dem Wickeln aller Spulen sollen
zusammen gewunden werden, und es kann also keine Schlaufe gebildet werden.
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Statt des Speichenrades kann auch eine andere Ausführung verwendet
werden, z. B. ein Schlagarm, der die gewundene Schlaufe vom Haken löst. Mit Rücksicht
auf die auftretenden verhältnismäßig grogen
Zentrifugalkräfte ist
eine symmetrische Konstruktion jedoch zu bevorzugen.
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Statt der Spiralfedern 38 können auch andere elastische Teile verwendet
werden, z. B. Puffer aus Gummi u. dgl.; Spiralfedern in den gewünschten Abmessungen
sind jedoch normal erhältlich und können außerdem leicht eingebaut und gegebenenfalls
ein wenig vorgespannt werden.
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Der beschriebene Wickelkopf gestattet das Wickeln von Rotoren mit
großer Geschwindigkeit; das eigentliche Wickeln jeder Spule kann z. B. mit einer
Geschwindigkeit von 8000 bis 9000 Umdrehungen in der Minute stattfinden, wobei das
Umstellen des Rotors und das Bilden der Schlaufe bei 50 bis 60 Umdrehungen in der
Minute durchgeführt werden kann. Die ganze Bearbeitung erfolgt automatisch; die
Maschine kann mit Vorrichtungen versehen werden, wodurch sie gestoppt wird, wenn
alle Spulen gewickelt sind; die Bedienung beschränkt sich in diesem Fall auf das
Herausnehmen des gewickelten Rotors und das Brechen des Drahtes, das Einführen eines
unbewickelten Rotors, das Befestigen des Drahtendes, z. B. um die Welle, und das
Wiedereinschalten der Maschine.