DE1489900B2

DE1489900B2 - Verfahren zum Verpressen von Spulen

Info

Publication number: DE1489900B2
Application number: DE1965G0042700
Authority: DE
Inventors: Francisco Carlos Avila; Ralph Dudley Hodges
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1964-02-03
Filing date: 1965-01-29
Publication date: 1974-04-18
Also published as: GB1079815A; DE1489900A1; DE1789162A1; NL6500897A; ES308556A1; FR1429469A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verpressen von Spulen, bei welchem mindestens ein Teil einer mehrlagigen Spulenwicklung aus lackiertem Leiterdraht (Lackdraht) kreisförmigen Querschnitts der Einwirkung eines Preßdruckes von solcher Größe ausgesetzt wird, daß der Draht von dem kreisförmigen in einen vieleckigen Querschnitt deformiert wird.

Bei vielen Verwendungszwecken von Spulen ist es wünschenswert, daß die Spulenleiter eine maximale Leitfähigkeit pro Volumeinheit aufweisen, um eine wirtschaftliche Ausnutzung des Leitermaterials zu gewährleisten. Beispielsweise bei Gleichstrommotoren mit gewickelten Feldspulen, Amplidynen und anderen elektrischen Maschinen mit entfernbaren Polstücken, bestehen die Feldwicklungen gewöhnlich aus zwei oder drei Spulen, die aus Kupferdraht gewickelt sind.

Die Spulen werden auf die Feldpole gesetzt, bevor die Pole auf dem Joch montiert werden. Bei derartigen Anwendungen erfordern im allgemeinen die Raumverhältnisse, daß Kupferdraht für die Feldspulen verwendet wird. Wenn jedoch ein weniger kostspieliges Leitermaterial wie Aluminium Verwendung finden könnte, um dieselbe Leitfähigkeit in derselben Querschnittsfläche vorzusehen, könnte eine wirtschaftlichere Ausnutzung von Leitermaterial erzielt werden. Bei Anwendungen mit großer Wärmeerzeugung in der Spule, beispielsweise in Spulen eines Widerstandstransformators, ist es wünschenswert, daß die Spule eine gute thermische Leitfähigkeit besitzt. Wenn die in der Spule erzeugte Wärme nicht in die Umgebung einer Spule abgeleitet wird, kann diese Wärme in der Spule zu einer überhitzung führen, welche eine thermische Zersetzung der Drahtisolierung verursacht und dadurch die zu erwartende Lebensdauer der Spule erheblich herabsetzt.
Viele elektrische Spulen, die als Induktivitäten oder in kleinen Transformatoren Verwendung finden, werden auf Spulenkörper oder -kerne gewickelt. Die Spulenkörper stellen einen mechanischen Träger für die Windungen der Spule während des Wicklungsvorgangs und eine Erdisolation bei der Anordnung auf einem Magnetkern dar. In einigen Fällen ist es aus wirtschaftlichen Gründen wünschenswert, die Verwendung von Spulenkörpern zu vermeiden und eine frei tragende Spule herzustellen, für die also kein Spulenkörper erforderlich ist, um Deformationen der Windungen zu verhindern.

Bisher wurden Spulen vorgeformt, um ihre Außenoder Stirnflächen zu glätten. Elektrische Spulen, die in Transformatoren oder Elektromotoren Verwendung fanden, wurden bisher jedoch keinem verhältnismäßig hohen Druck ausgesetzt, um eine Deformation der Leiterdrähte der Spule zu erzielen. Es wurde allgemein angenommen, daß die Ausübung verhältnismäßig hoher Drücke auf eine mehrschichtige Spule aus mit Kunstharz überzogenem Magnetdraht Berührungskontakte zwischen den Kupferleitern der Spule verursachen könnte. Deshalb wurde bisher davon ausgegangen, daß Kurzschlüsse zwischen angrenzenden Leitern auftreten würden und die Drahtisolation zerstört werden und die Spule somit frühzeitig unbrauchbar gemacht würde.

Zwar ist aus der USA.-Patentschrift 1 041 293 bereits ein Verfahren bekannt, aus isoliertem Draht gewickelte Spulen zusammenzupressen, um zwischen den Windungen gebildete Hohlräume zu beseitigen und glatte Außenflächen der Spule herzustellen. Dieses bekannte Verfahren ist jedoch nur für Spulen geeignet, wie sie beispielsweise in Meßinstrumenten verwendet werden, d. h. Spulen ohne große Spannungsdifferenzen zwischen den einzelnen Windungen. Auch bestand die Isolierung dieser Spulenleiterdrähte im wesentlichen aus Seide oder Baumwolle, und das Problem der optimalen Ausnutzung eines gegebenen Volumens für die Leiterwindungen spielte praktisch keine Rolle.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zu schaffen, um Spulen aus lackiertem Leiterdraht mit größerer Leiterquerschnittsfiäche herzustellen.

Diese Aufgabe wird bei einer Spule eingangs genannter Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Leiterdraht, der einen Durchmesser D₀ aufweist, mit einem Drahtlack aus synthetischem Harz überzogen wird, der eine radiale Dicke h₀ aufweist, derart, daß das Verhältnis D₀Jh₀ nicht kleiner als 18 ist, und daß wenigstens ein Teil der Spule mit einem Druck zwischen etwa 700 und 2800 kg/cm² verpreßt wird.

Vorzugsweise ist der Leiterdraht mit einem Drahtlack aus Therephthalpolyesterharz, Polyvinylformal oder aromatischem Polyimid überzogen.

Um der Spule im gleichen Arbeitsgang auch die gewünschte Form zu geben, wird nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung die Spule in einer Preßform, mit der späteren Verwendung der Spule angepaßter Form verpreßt. Diese Form ist vorteilhafterweise die Nutform einer dynamoelektrischen Maschine, wobei es weiterhin von Vorteil ist, die Spule an den in den Λ Nuten anzuordnenden Abschnitten zu verpressen.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird die Spule in einer Preßform mit polierter Oberfläche verpreßt. Vorteilhafterweise wird hierfür eine verchromte Oberfläche verwendet.

Bezüglich der Anordnung der Windungen in der Spule gibt es zwei bevorzugte Ausbildungen. Die Windungen der Spule können regelmäßig gewickelt und zu einer regelmäßigen Querschnittsform verpreßt oder unregelmäßig gewickelt und zu einer unregelmäßigen Querschnittsform verpreßt werden.

Im Gegensatz zu den nach bisheriger Auffassung zu erwartenden Ergebnissen wurde festgestellt, daß nach ι dem Zusammenpressen der Wicklung der Drahtlack j mit dem vieleckigen Querschnitt des deformierten Leiterdrahtes übereinstimmt und benachbarte Leiter ; isoliert und ein vollständiges Herausquetschen des Drahtlackes nicht auftritt. Ferner werden die elektrisehen Eigenschaften einer Spule, die mit derartigen verhältnismäßig hohen Drücken zusammengepreßt wird, nicht wesentlich beeinträchtigt. Obwohl ein Teil , des isolierenden Überzuges aus synthetischem Harz in f den Zwischenraum zwischen die Leiter gequetscht werden kann, treten auf Grund der Deformation der Leiterdrähte keine Kurzschlüsse durch Berührung zwischen benachbarten Leitern auf.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß bei vielen Anwendungsfällen von Spulen ermöglicht wird, die konventionell gewickelten Spulen aus Kupferdraht durch wirtschaftlicheres Leitermaterial wie Aluminium zu ersetzen. In vielen Anwendungsfällen ist es bei vorhergegebenem Raumbedarf ferner möglich, eine Erhöhung der Dichte der Spule zu erzielen, wenn derselbe Leiterdraht verwendet wird.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt von einer Ringform und einer teilweise im Schnitt dargestellten Spule zwischen den Platten einer Presse vor dem Zusammendrücken,

F i g. 2 einen vergrößerten Teilschnitt durch die Spule gemäß F i g. 1 vor dem Verpressen,

F i g. 3 einen Querschnitt durch die in F i g. 1 dargestellte Ringform, wobei die Spule mit etwa 1400 kg/ ; cm² verpreßt ist,

j F i g. 4 einen vergrößerten Teilschnitt der in F i g. 3

gezeigten Spule,

F i g. 5 eine Draufsicht auf einen Gummiring, der in der Ringform zum Schütze der Leiterenden der Spule während des Verpressens dient,

■ F i g. 6 eine perspektivische Ansicht einer Motorspule gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, von der nur Teile verpreßt worden sind,

F i g. 7 einen vergrößerten Querschnitt von dem verpreßten Teil der Motorspule entlang der Schnittlinie 7-7 in F i g. 6, woraus die Deformation der Leiterdrähte ersichtlich ist, wenn die Spule in einer Form zur Ausbildung eines trapezförmigen Querschnitts entsprechend der Gestalt der Wicklungsnuten zusammengepreßt wird,

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Spulendichte ausgedrückt in prozentualer Lichtdurchlässigkeit für eine Aluminiumspule in Abhängigkeit vom Preßdruck in kg/cm², ·

F i g. 9 einen vergrößerten Querschnitt durch einen Teil einer in F i g. 1 dargestellten zylindrischen Spule, die noch nicht verpreßt wurde,

Fig. 10 einen Querschnitt der in Fig. 9 dargestellten Spule nach einem Zusammenpressen mit einem Druck von etwa 350 kg/cm² in .einer Richtung parallel zur Symmetrieachse der Spule,

Fig. 11 einen Querschnitt durch eine Spule entsprechend F i g. 9 nach einem Zusammenpressen mit einem Druck von etwa 500 kg/cm² in einer Richtung parallel zur Symmetrieachse der Spule,

Fig. 12 einen Querschnitt durch eine Spule entsprechend F i g. 9 nach einem Zusammenpressen mit einem Druck von etwa 630 kg/cm² parallel zur Symmetrieachse der Spule,

Fig. 13 einen Querschnitt durch eine Spule entsprechend F i g. 9 nach einem Zusammenpressen mit einem Druck von etwa 1400 kg/cm² parallel zur Symmetrieachse der Spule,

Fig. 14 einen Querschnitt einer F i g. 9 entsprechenden Spule nach einem Zusammenpressen mit einem Druck von etwa 2100 kg/cm² in einer Richtung parallel zur Symmetrieachse der Spule,

Fig. 15 einen Querschnitt durch eine Spule entsprechend F i g. 9 nach einem Zusammenpressen mit einem Druck von etwa 2800 kg/cm² parallel zur Symmetrieachse der Spule,

Fig. 16 einen Querschnitt eines Teils einer Spule, die mit etwa 2800 kg/cm² zusammengepreßt worden ist, aber ein Verhältnis DJh₀ von Leiterdurchmesser zu Drahtlackdicke kleiner als 18 besitzt,

Fig. 17 einen Querschnitt von sechs benachbarten Leitern in einer Präzisionsspule und

Fig. 18 einen Querschnitt durch die sechs in Fig. 17 dargestellten Leiter nach einem Zusammenpressen gemäß der Erfindung.

F i g. 1 und 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Verpressen einer Zylinderspule 10 aus Leiterdraht, der mit einem Kunstharz isoliert ist und symmetrisch relativ zu der Achse 8 gewickelt ist, um eine Wicklung mit mehreren Schichten 11 zu bilden. Die Spule 10 wurde in üblicher Weise auf einer Spindel gewickelt, um eine Spule mit einem Innendurchmesser von etwa 1,9 cm und einem Außendurchmesser von etwa 3,5 cm auszubilden.

Aus F i g. 1 ist ersichtlich, daß die Spule 10 in einer Ringform 12 angeordnet ist, welche einen zentralen Dorn 13, einen Gummiring 14, einen hohlzylindrischen Kolben 15, einen Stempelring 16 und ein zylindrisches Formglied 17 enthält. Da eine äußere Reibung durch Verschieben des Leiterdrahts 11 entlang

den Wänden der Ringform 12 verursacht werden kann, welche die Spule 10 während des Zusammendrückens begrenzen, kann diese Reibung dazu führen, daß die äußeren Leiter der Spule 10 eine rechtwinklige Form annehmen, wodurch eine zu starke Beanspruchung der Isolierschicht erfolgen würde. Um die Reibungseinflüsse entlang den Wänden möglichst gering zu halten, sind die Oberflächen der Form 12 poliert und verchromt.

Wenn die Spule 10 auf dem Dorn 13 angeordnet ist, wird der Gummiring 14 auf die Oberseite der Spule 10 gelegt, so daß die Drahtenden 18 und 19 durch Offnungen 20 und 21 in den Gummiring 14 ragen. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, besitzt der Gummiring 14 vier öffnungen 20, 21, 22 und 23, um die Drahtenden 18 und 19 einer bifilaren Spule aufnehmen zu können. Der Gummiring 14 verhindert eine Beschädigung der Leiterenden 18 und 19 der Spule 10 beim Zusammendrücken. Ein derartiger Schutz ist gegebenenfalls nicht erforderlich, wenn nur ein gewisser Teil einer Wicklung verpreßt werden soll.

F i g. 1 zeigt den Kolben 15 in einer erhöhten Lage über dem Gummiring 14, um erkennbar zu machen, wie die Drahtenden 18 und 19 durch die öffnungen 20 und 21 des Gummirings 14 herausgeführt werden. Wenn die Spule 10 und der Gummiring 14 geeignet angeordnet sind, wird der Kolben 15 auf den Gummiring 14 aufgelegt, wobei die Drahtenden 18 und 19 über den Gummiring 14 gebogen werden.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, wird die Form 12 von einer Platte 25 einer Presse getragen. In den F i g. 1 und 3 sind nur Teile der Platten 25 und 26 einer hydraulischen Presse dargestellt. Um die Spule 10 zu verpressen, wird die bewegliche Platte 26 der Presse zur Ausübung des gewünschten Drucks auf die Spule 10 durch den Ringkolben 13 und den Gummiring 14 hindurch abgesenkt. Nach dem Verpressen der Spule 10 wird die Platte 25 angehoben und die verpreßte Spule 10 aus der Form entfernt, indem der zentrale Dorn ausgestoßen wird. Der Stempelring 16 vereinfacht die Entfernung des Doms 13.

Der Querschnitt des Leiterdrahts ist vor dem Verpressen im wesentlichen kreisförmig, wie es aus F i g. 2 ersichtlich ist. Wie aus F i g. 4 ersichtlich ist, besitzt der Leiterdraht nach dem Verpressen einen im wesentlichen vieleckigen Querschnitt, wobei die meisten Leiterabschnitte einen etwa sechseckigen Querschnitt haben. Es wird angenommen, daß die auf die Spule ausgeübten Druckkräfte eine Kompression des metallischen Leiterdrahts bewirken und daß der Kunstharz-Drahtlack auf dem Leiterdraht infolge der geometrischen Änderungen des Querschnitts des Leiterdrahts wegen seiner Deformation unter Spannung gesetzt wird. Es wurde festgestellt, daß der Kunstharz-Drahtlack 9 im Ergebnis gestreckt wird, um die geometrischen Änderungen der Spule 10 ohne Erzeugung von Kurzschlüssen zwischen benachbarten Kupferdrähten zu ermöglichen, welche zu einer Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften der Spule 10 führen würden. Das Verhältnis des ursprünglichen Drahtdurchmessers D₀ zur radialen Dicke h₀ des ursprünglichen Drahtlackes ist nicht kleiner als 18, wie im folgenden näher erläutert werden soll, wenn die optimalen Vorteile bei der Volumenverringerung und der wirtschaftlicheren Verwertbarkeit von Materialien erzielt werden sollen.

Bei vielen Anwendungsfällen, beispielsweise bei Spulen für Motoren mit ausgeprägten Polen und entfernbaren Polstücken, ist es nicht erforderlich, die gesamte Spule zusammenzupressen, um eine große Spulendichte zu erzielen. Wie aus der in F i g. 6 dargestellten Motorspule 30 ersichtlich ist, wurde diese Spule nur über zwei Abschnitten 31 und 32 zusammengepreßt. Die Abschnitte 31 und 32 der Spule 30 werden in den Statornuten angeordnet, um das Nutvolumen optimal auszunutzen.

In F i g. 7 ist ein vergrößerter Querschnitt des verpreßten Abschnittes 31 dargestellt. Es ist ersichtlich, daß der zusammengepreßte Abschnitt 31 so verformt wurde, daß sich ein im wesentlichen trapezförmiger Querschnitt ergibt, der der Form der Motornuten entspricht. Die benachbarten Leiter der Spule 30 besitzen asymmetrische vieleckige Querschnitte. Selbst bei einer derartigen asymmetrischen Deformation der Leiterdrähte wurde festgestellt, daß der Kunstharz-Drahtlack auf den Leiterdrähten sich den Änderungen der Geometrie der Drähte anpaßt, ohne daß Kurz-

Schlüsse auftreten. . .

Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel wurden sechs im wesentlichen gleiche zylindrische Bifilarspulen mit einem Durchmesser von etwa 0,96 mm aus Aluminium-Magnetdraht gewickelt, der mit einer Isolierschicht aus einem Drahtlack aus synthetischem Harz überzogen war. Die Drahtlackschicht ergab eine Vergrößerung des Gesamtdurchmessers zwischen etwa 0,06 mm und 0,08 mm, so daß das Verhältnis des nominellen Durchmessers D₀ des Leiterdrahtes zu der Dicke h₀ der Isolierschicht etwa 26 betrug.

Der verwendete Kunstharz-Drahtlack war PoIyvinyl-Methylendimethyläthan, das mit Kresolformaldehyd-Harz versetzt wurde (vgl. USA.-Patentschrift 2 307 588). Ein derartiger Drahtlack ist unter dem Handelsnamen Formex® bekannt. Die Spulen wurden in der in den F i g. 1 und 3 dargestellten Ringform zusammengepreßt. Der Widerstand der Spulen wurde vor und nach dem Verpressen gemessen. Nach dem Verpressen wurden ferner Versuche hinsichtlich der elektrischen Durchschlagfestigkeit der Isolierschicht durchgeführt. Ferner wurde die Dichte der Spulen gemessen.

Die Versuche zur Feststellung der elektrischen Durchschlagspannung erfolgten mit einem Prüfgerät, das einen Spannungsanstieg von 250 V pro Sekunde bei einer Auslösestromstärke von 0,1 Ampere lieferte. Die Prüfspannung wurde über beiden Leiterendenpaaren angelegt. Die Spannung, bei welcher ein 0,1-Ampere-Stromschalter geöffnet wurde, wurde als Durchbruchspannung angesehen.

Um die Dichte der Spulen zu bestimmen, wurden diese in der Bahn eines Röntgenstrahles angeordnet, der rechtwinklig zur Preßrichtung gerichtet war. Die durch die Spulen hindurchtretende Röntgenstrahlung erzeugte ein Bild auf einem Fluoreszenzschirm. Die Fluoreszenz des Schirms ergab eine ausreichende Bestrahlung für fotografische Zwecke, so daß ein negatives Bild auf einer fotografischen Platte erhalten werden konnte. Der Film wurde so entwickelt, daß ein maximaler Kontrast erhalten wurde. Die Schwärzungsdichte wurde fotometrisch bestimmt, um die Dichte jeder der geprüften Spulen festzustellen. Die erhaltenen Werte sind in der in F i g. 8 dargestellten Kurve zusammengefaßt, wobei auf der Abszisse die Spulendichte (in Prozent der Durchlässigkeit) und auf der Ordinate der Druck in kg/cm² aufgetragen ist.

Tabelle I zeigt eine Zusammenfassung der Meßergebnisse der Durchschlagspannung, der Dichte und

der prozentualen Erhöhung des Widerstands der Spulen bei dem jeweilig zum Verpressen der Spulen ausgeübten Druck.

Tabelle Γ

	Druck	Durch	Dichte	Erhöhung
Bei	(kg/cm²)	schlag	(g/cm³)	des
spiel	350	spannung	2,02	Widerstands
	490	(Volt)	2,04	(%)
1	630	2100	2,17	4,9
2	1400	1650	2,32	3,9
3	2100	1300	2,38	6,2
4	2800	2050	2,42	7,1
5	2250	8,0
6	1650	5,7

Die beschriebene Wärmebehandlung wurde wiederholt. Nach dem 58. Zyklus wurde die Spannung in Schritten von 100 Volt erhöht, bis die Spule ausfiel. Die Ergebnisse der Wärmespannungs-Prüfversuche sind in Tabelle II zusammengefaßt.

Tabelle II

IO

In den F i g. 9 bis 15 sind vergrößerte Teilschnitte eines Abschnittes der sechs Spulen entsprechend den Beispielen 1 bis 6 der Tabelle I dargestellt, sowie ein entsprechender Querschnitt durch die noch nicht verpreßte Spule. Ein Vergleich des Querschnitts der nicht verpreßten Spule in F i g. 9 mit der mit etwa 350 kg/cm² (Fig. 10) verpreßten Spule zeigt, daß fast keine Deformation des Leiterdrahtes stattfand. Die Erhöhung der Dichte der Spule ist offenbar auf die dichtere Packung der Leiter der Spule zurückzuführen. Bei einigen Leitern der mit 490 bzw. 630 kg/cm² verpreßten Spulen, die in den F i g. 11 und 12 dargestellt sind, ist eine deutliche Deformation zu erkennen. Bei einem Druck von 1400 kg/cm² und darüber, wie aus den Fig. 13 bis 15 ersichtlich ist, wurden alle Leiter zu einem vielseitigen Querschnitt deformiert. Bei den in diesem Ausführungsbeispiel verwandten Aluminiumspulen wurde festgestellt, daß ein Druck von mehr als 1400 kg/cm² nicht zu einer weiteren Verbesserung führte, wenn man von einer geringen Verringerung der Spulengröße absieht.

Der in einem speziellen Fall anzuwendende Druck, der bei einer gegebenen Applikation verwendet werden sollte, wurde durch Prüfung des Querschnittes von Spulen ermittelt, die bei verschiedenen Drücken deformiert wurden. Vorzugsweise wurde der niedrigste Druck gewählt, der für eine Deformation des kreisförmigen Querschnitts des Leiterdrahts in einen vielseitigen Querschnitt sorgte. Ferner wurde festgestellt, daß bei einer Spule aus Kupferdraht ein Druck zwischen 2100 und 2800 kg/cm² erforderlich war, um eine zufriedenstellende Verpressung der Spule zu erzielen.

Um die Wärmespannungseigenschaften der verpreßten Spulen zu untersuchen, wurden zehn Bifilarspulen mit 0,96 mm Aluminium-Magnetdraht gewikkelt, welcher eine Drahtlackisolierung aus Polyvinylformal besaß. Alle Spulen wurden in der in den F i g. 1 und 3 dargestellten Ringform mit einem Druck von etwa 1400 kg/cm² verpreßt. Die Spulen wurden der folgenden Wärmebehandlung ausgesetzt: Die Spulen wurden in einen auf 150⁰C erhitzten Ofen gebracht und widerstandsbeheizt, indem für 5 Minuten eine Spannung von 2,8 Volt an die Spulen angelegt wurde. Die Spannung wurde dann abgeschaltet, und die Spulen verblieben für weitere 10 Minuten im Ofen. Die Spulen wurden dann aus dem Ofen entfernt, und bei Zimmertemperatur wurde eine Spannung von 450 Volt für 30 Minuten an die Spulen angelegt. Als Ausfall einer Spule wurde angesehen, wenn eine 0,4-Ampere-Sicherung in der Leitung durchbrannte.

Prüfspule	Anzahl der Zyklen	Spannung beim Ausfal;
1	100	900
2	kein Ausfall	kein Ausfall
3	100	900
4	84	800
5	84	800
6	74	700
7	100	900
8	94	800
9	100	900
10	94	800

Um die thermische Leitfähigkeit der betreffenden verpreßten Spule zu bestimmen, wurden fünf Spulen aus Aluminiumdraht mit einem Durchmesser von 0,96 mm gewickelt, der einen Drahtlack aus PoIyvinylformal mit einer Dicke von etwa 0,037 mm aufwies. Die Spulen wurden in einer axialen Richtung mit einem Druck von 1970 kg/cm² zusammengedrückt. Der Außenumfang der Spulen wurde thermisch isoliert und Wasser durch ein Wasserrohr geleitet, das durch den Innenraum der Spulen verlief, so daß durch die Spule erzeugte Wärme in das Wasserrohr übertragen wurde. Die Spulen wurden durch Hindurchleiten von Gleichstrom durch die Wicklung erhitzt. An dem Außendurchmesser und dem Innendurchmesser der Spulen wurden Thermoelemente angebracht, um den Temperaturunterschied zu messen.

Die jeder Spule zugeführte Wärmemenge wurde durch die an die Spule angelegte Spannung und durch den hindurchfließenden Strom bestimmt. Die Wärmeströmung zu dem Kühlwasser wurde von dem Temperaturunterschied des Wassers am Einlaß und Auslaß des Kühlrohrs bestimmt. Der Mittelwert der thermischen Leitfähigkeit dieser Spulen betrug 0,0252 Watt · cm/cm² und ⁰C. Im Vergleich zu einer sonst gleich ausgebildeten Spüle, die nicht verpreßt wurde, wurde festgestellt, daß die verpreßte Spule die dreifache thermische Leitfähigkeit besaß.

Obwohl die zylindrischen Spulen der Ausführungsbeispiele im wesentlichen parallel zur Achse der Spule verpreßt wurden, kann das Verpressen sowohl in axialer als auch in transversaler Richtung oder auch isostatisch erfolgen.

Beispielsweise wurden Bifilarspulen aus Aluminiumdraht mit einem Durchmesser von 0,96 mm, der mit Polyvinylformal derart überzogen war, daß das Verhältnis DJh₀ etwa 26 betrug, einem isostatischen Druck ausgesetzt. Vor dem Verpressen wurden alle Spulen in eine Kunststoffhülle eingeschlossen und auf einem Dorn angeordnet. Die Spulen wurden dann in ein Gefäß gebracht und einem hydraulischen Druck von 1400 kg/cm² ausgesetzt. Vier Spulen wurden einem hydraulischen Druck von 2800 kg/cm² ausgesetzt. Dann wurden Messungen der elektrischen Durchschlagfestigkeit durchgeführt, wobei ein Meßgerät mit einem Anstieg von 250 Volt pro Sekunde

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Verwendung fand und die erwähnte Auslösung eines Stromschalters bei 0,1 Ampere. Die Meßergebnisse sind in der folgenden Tabelle III zusammengefaßt.

Tabelle III

Spule	Druck	Durchschlagspannung
	(kg/cm²)	(Volt)
1	1400	2200
2	1400	2600
3	1400	. 2200
4	1400	2200
5"	2800	4400
6	2800	2100
7	2800	3400
8	2800	2800

Um zu bestimmen, ob Änderungen des Dickenverhältnisses D₀Ih₀ oberhalb der bevorzugten minimalen Größe einen Einfluß auf die Durchschlagfestigkeit der Spule besitzen, wurden einige zylindrische Spulen aus verschiedenen Magnetdrähten gewickelt. Alle Spulen wurden in der in den F i g. 1 und 3 dargestellten Ringform verpreßt. Bei einer Gruppe der Spulen war das synthetische Harz auf dem Magnetdraht das bereits erwähnte Polyvinylformal (Formex®), während bei der anderen Gruppe alle Spulen aus einem Magnetdraht bestanden, der mit einem Therephthal-Polyesterharz isoliert war (vgl. USA. - Patentschrift 2 936 296), das unter dem Handelsnamen Alkanex® bekannt ist. Das Verhältnis DJh₀, der Druck in kg/cm², mit dem die Spule zusammengedrückt wurde, und die in der beschriebenen Weise gemessene Durchschlagspannung sind in der folgenden Tabelle IV zusammengestellt.

Tabelle IV

	D₀/h_a	Druck	Durch	Drahtlack
Spule			schlag
	20,2	700	spannung	Alkanex®(A)
1	20,2	.700	3100	A
2	20,2	1400	2950;.	A
3	20,2	2100	.3500	A
4	21,0	700	2900	Formex®(F)
5	21,0	700 .	3350	F
6	21,0	1400	3150	F
7	21,0	2100	4500	F
8	31,7	700	3900	A
9	31,7	1400	5000	A
10	31,7	1400	4555	A
11	31,7	2100	4300	A
12	33,0	700	3650	F
13	33,0	700	3700	F
14	33,0	1400	4600	F
15	33,0	2100	3850	F
16	35,0	700	4700	A
17	35,0	700	2550	A
18	35,0	1400	4350 .	A
19		5500

	35,0	Druck	Durch	Drahtlack
Spule	35,0		schlag
	35,0	1400	spannung	A
20	35,0	700	5400	F
21	35,0	700	4200	F
22		1400	5250	F
23	1400	3900	F
24	4500

IO Bei allen geprüften Spulen wurden Erhöhungen der Spulendichte zwischen 15 und 20% bei einem Druck von 1400 kg/cm² oder mehr festgestellt. Ähnliche Ergebnisse wurden mit Spulen erzielt, die aus Magnetdraht gewickelt waren, welcher mit einem Drahtlack wie Polyvinylformalphenolharz versetzt mit Urethan, Polyurethan oder Polyamid überzogen war. Für den isolierenden Drahtlack können ferner Materialien wie aromatische Polycarboxylimide, Polyvinyl, Butyral, Phenolaldehyd und sonstige synthetische Harze verwendet werden. Vermutlich besitzen diese synthetischen Harze derartige Dehnungs- und Spannungseigenschaften, daß die den Leiterdraht umgebende Harzschicht sich während der Deformation des Leiters ohne Auftreten von Rissen verlängert.

Beim Verpressen der Spulen mit verhältnismäßig hohen Drücken wurde festgestellt, daß die Isolierschicht an den Berührungsstellen zwischen angrenzenden Leitern nicht völlig herausgequetscht wird und daß sich kein Metallkontakt zwischen benachbarten Leitern ergibt. Wenn die Dicke der Isolierschicht zu groß ist, werden die Lücken zwischen angrenzenden Leitern ausgefüllt, wobei sehr wenig Isoliermaterial herausgequetscht und keine beträchtliche Deformation des Leiterdrahts erzielt wird. Deshalb führt das Verpressen der Spulen nicht zu einer wesentlichen Erhöhung der Spulendichte.

Beispielsweise wurde eine Spule in der in den F i g. 1 und 3 dargestellten Ringform mit 2800 kg/cm² verpreßt. Die Spule war aus einem Kupferdraht gewickelt, der mit einem Polyvinylformalharz überzogen war. Die Drahtlackdicke h₀ betrug etwa 0,009 mm und der Durchmesser des Leiterdrahtes etwa 0,08 mm, so daß das Verhältnis DJh₀ 8,86 betrug. Ein vergrößerter Querschnitt eines Teils der Spule ist in F i g. 16 dargestellt. Daraus ist ersichtlich, daß keine merkliche Deformation des Leiterdrahts erfolgte.

Fig. 17 zeigt einen zentralen Leiter43 und seine sechs benachbarten Leiter 44 bis 49 von einem Teil einer mit Präzision gewickelten Spule, deren Schichten in dargestellter Weise in vertikaler Richtung verlaufen. Wenn die Leiter zu dem in Fig. 18 dargestellten sechseckigen Querschnitt verpreßt werden, werden die Zwischenräume 40 beseitigt, und beispielsweise die Schichtabschnitte 36, 37 und 38, die innerhalb eines Dreiecks 39 vorhanden sind, werden im Ergebnis gedehnt und passen sich den Formänderungen der benachbarten Leiter an. .
Es ist ersichtlich, daß bei einer Präzisionsspule jede Schicht aus aufeinanderfolgend gewickelten Windungen gebildet ist, die genau wie in F i g. 17 angeordnet sind, um irgendein »Durchfallen« einer Windung in eine benachbarte Schicht zu verhindern. Eine zufällig gewickelte Spule wird jedoch ohne spezielle Vorkehrungen gewickelt, durch die alle Windungen des Leiterdrahts in ihrer richtigen Schicht liegen würden. Deshalb kann bei einer regellos gewickelten Spule eine Windung um eine oder mehrere Schichten von ihrer

normalen Schicht oder derjenigen Lage verschoben sein, die sie bei einer Präzisionsspule einnehmen würde. Obwohl bei den Ausführungsbeispielen der Erfindung in der Hauptsache Präzisionsspulen beschrieben wurden, kann die Erfindung auch auf regellos oder zufallig gewickelte Spulen Anwendung finden. Beispielsweise wurde festgestellt, daß aus Aluminium-Magnetdraht mit einem Drahtlack aus Polyvinylformalharz bei einem Verhältnis D₀Ih₀ von 26 ge-

wickelte Spulen mit 1400 kg/cm² in der Ringform 12 gemäß F i g. 1 verpreßt werden können, ohne daß die elektrischen Eigenschaften der Spule wesentlich verschlechtert werden.

Ferner können in einfacher Weise frei tragende Spulen hergestellt werden, da die auf die Spule ausgeübten Druckkräfte die Isolation auf dem Magnetdraht verbinden, so daß sich eine einheitliche selbsttragende Spulenstruktur ergibt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verpressen von Spulen, bei welchem mindestens ein Teil einer mehrlagigen Spulenwicklung aus lackiertem Leiterdraht (Lackdraht) kreisförmigen Querschnitts der Einwirkung eines Preßdruckes von solcher Größe ausgesetzt wird, daß der Draht von dem kreisförmigen in einen vieleckigen Querschnitt deformiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiterdraht, der einen Durchmesser D₀ aufweist, mit einem Drahtlack aus synthetischem Harz überzogen wird, der eine radiale Dicke h₀ aufweist, derart, daß das Verhältnis DJh₀ nicht kleiner als 18 ist, und daß wenigstens ein Teil der Spule mit einem Druck zwischen etwa 700 und 2800 kg/cm² verpreßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiterdraht mit einem Drahtlack aus Therephthalpolyesterharz überzogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiterdraht mit einem Drahtlack aus Polyvinylformal überzogen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiterdraht mit einem Drahtlack aus aromatischem Polyimid überzogen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule in einer Preßform mit der späteren Verwendung der Spule angepaßter Gestalt verpreßt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule zu einer der Nutform einer dynamoelektrischen Maschine angepaßten Form verpreßt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule an den in den Nuten anzuordnenden Abschnitten verpreßt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule in einer Preßform mit polierter Oberfläche verpreßt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule in einer Preßform mit verchromter Oberfläche verpreßt wird.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen der Spule regelmäßig gewickelt sind und zu einer regelmäßigen Querschnittsform verpreßt werden.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen der Spule unregelmäßig gewickelt sind und zu einer unregelmäßigen Querschnittsform verpreßt werden.