DE1514452C3 - Verfahren zum Herstellen einer Innerhalb einer Wicklungslage liegenden Anzapfung einer Spule mit homogener Lagenwicklung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer innerhalb einer Wicklungslage liegenden Anzapfung einer Spule mit homogener Lagenwicklung beim Wickeln der Spule auf einen Wickelkörper, wobei eine Drahtschlaufe derart aus der Wicklung herausgeführt wird, daß die die Drahtschlaufe bildenden Drähte parallel zur Spulenachse und annähernd senkrecht zu den Windungen der Wicklung verlaufen.

Zum Aufbau elektrischer Schaltungen werden bekanntlich sehr häufig Spulen benötigt, die entweder als Blindwiderstandselemente oder zur Transformation von Spannungen und Strömung bzw. auch zur Kopplung von Resonanzkreisen in die Schaltung eingebaut werden. Bekannte Beispiele hierfür sind Transformatoren bzw. Übertrager jeder Art. Insbesondere sind Spulen zum Aufbau verlustloser bzw. nahezu verlustloser elektrischer Filter unbedingt erforderliche Bauelemente. Zum Wickeln dieser Spulen sind bereits eine Reihe von Verfahren bekannt. Insbesondere bewähren sich sögenannte Wickelautomaten immer dann, wenn eine größtere Anzahl von Spulen serienmäßig zu fertigen sind. Die Spulenwindungen können dabei auf sogenannte Spulenkörper aufgebracht werden, die zweckmäßig aus einem verlustarmen dielektrischen Material bestehen. Es sind ferner auch sogenannte freitragende Spulen bekannt, bei denen die einzelnen Windungen zunächst auf einen Spulenkern aufgebracht werden. Zur Herstellung derartiger Spulen verwendet man beispielsweise einen Kupfer-Lack-Draht, der zusätzlich mit einem durch Wärme weich zu machenden Kleber überzogen ist. Nach dem Wickelvorgang werden solche Spulen dann bis zu einer den Kleber aufweichenden Temperatur erwärmt. Dadurch werden die einzelnen Windungen miteinander verklebt und nach dem Abkühlen, d. h. also nach dem Erhärten des Klebers kann der Spulenkern entfernt werden, ohne daß die Spule ihre Form verliert. Bekanntlich ist bei der Herstellung von Spulen der sogenannte Füllfaktor zu berücksichtigen, der ganz erheblich die räumlichen Abmessungen der Spulen mitbestimmt und zum Teil auch in die elektrischen Eigenschaften, wie zum Beispiel Induktivität, Eigenkapazität und Verlustfaktor, eingeht. Unter dem Füllfaktor wird bekanntlich das Verhältnis vom Gesamtvolumen der Spule zu dem tatsächlich mit blankem Draht aufgefüllten Volumen verstanden. Um möglichst kleine räumliche Abmessungen zu erzielen und um Spulen mit einer nur geringen Fertigungsstreuung und gut reproduzierbaren elektrischen Eigenschaften zu erhalten, ist man daher bestrebt, möglichst den theoretisch maximal möglichen Füllfaktor 1 zu erreichen. Hierzu ist es vor allen Dingen erforderlich, während des Wickelvorganges der Spule ein sogenanntes »wildes« Wickeln zu vermeiden, d. h. also, den Draht so zu führen, daß in jeder Lage die einzelnen Windungen exakt nebeneinander liegen, und daß ferner die einzelnen Windungslagen exakt übereinander angeordnet sind, so daß auf jeden Fall sich kreuzende Drähte bzw. ein Springen des Drahtes von einer Windungslage in eine beliebige andere Windungslage vermieden werden. Derart ebenmäßig gewickelte Spulen sollen im folgenden als Spulen mit homogener Lagenwicklung bezeichnet werden. Es sind auch bereits Verfahren bekannt, die die Herstellung von Spulen mit homogener Lagenwicklung gestatten.

Beispielsweise ist es für die heutige Filtertechnik oft erforderlich, sogenannte angezapfte Spulen herzustellen, bei denen die Anzapfung innerhalb einer Lage liegt, um dadurch Spulen zu erhalten, deren Induktivitätswert und deren Übersetzungsverhältnis sich möglichst genau den vorgegebenen mathematischen Forderungen anpaßt. An sich ist es keine besondere Schwierigkeit, bei Spulen mit homogener Lagenwicklung eine Anzapfung am Ende irgendeiner Lage vorzusehen. Wenn jedoch die Anzapfung innerhalb einer Lage angebracht werden muß, dann wird durch diese Anzapfung die Homogenität der Wicklung gestört und es entsteht eine Spule, bei der zumindest ab der ersten Anzapfung wiederum eine »wilde« Wicklung auftritt, so daß die Vorteile der homogenen Lagenwicklung weitgehend verlorengehen.

In diesem Zusammenhang ist aus der US-Patentschrift 21 54 070 eine Spule mit Anzapfung bekannt, bei der die der Herausführung dienenden, eine Drahtschlaufe bildenden Drähte an der Übergangsstelle von der Wicklung zur Anzapfung zweimal um einen von 90° erheblich verschiedenen Winkel abgewinkelt sind, so daß dort eine Art dreieckige Fläche entsteht und die einzelnen Drähte mit Klebefolien oder dergleichen in ihrer Lage fixiert werden können. Durch diese Art der Wicklung wird aber die Homogenität der folgenden Lagen gestört.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den vorerwähnten Schwierigkeiten gerade bei solchen Spulen in verhältnismäßig einfacher Weise zu begegnen und ein Verfahren zur Herstellung einer angezapften Spule mit homogener Lagenwicklung anzugeben, bei

der die Homogenität der Wicklung auch dann erhalten bleibt, wenn die Anzapfung innerhalb einer Lage einzubringen ist.

Ausgehend von einem Verfahren zum Herstellen einer innerhalb einer Wicklungslage liegenden Anzapfung einer Spule mit homogener Lagenwicklung beim Wickeln der Spule auf einen Wickelkörper, wobei eine Drahtschlaufe derart aus der Wicklung herausgeführt wird, daß die die · Drahtschlaufe bildenden Drähte parallel zur Spulenachse und annähernd senkrecht zu den Windungen der Wicklung verlaufen, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß bei unterbrochenem Wickelvorgang ein Schiffchen, das die Form einer U-förmigen Rinne hat, durch einen in Radialrichtung verlaufenden Schlitz im Flansch des Wickelkörpers in den Wickelraum eingeführt und bis zur Anzapfstelle vorgeschoben wird, daß die Drahtschlaufe durch die Rinne des Schiffchens herausgezogen wird, und daß beim Weiterwickeln das Schiffchen mindestens solange im Wickelraum verbleibt, bis die Drahtschlaufe durch wenigstens eine Windung des Wicklungsdrahtes fixiert ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.

In der Fig. 1 ist schematisch das erfindungsgemäße Verfahren dargestellt. Ein auf eine drehbare Achse 2 fest aufgesetzter Spulenkörper 1 wird beispielsweise von einem durch einen Pfeil angedeuteten Motor M angetrieben, der mit der Achse 2 in mechanisch fester Verbindung steht. Der von einer Drahtvorratsrolle kommende Draht 3 läuft über eine Führungsrolle 4, die gegenüber einer Achse 5 frei beweglich ist. Die Achse 5 ist beispielsweise in einem metallischen Block 6 befestigt, der in Richtung des Doppelpfeiles 7 in einer eigens dafür vorgesehenen, in der Zeichnung nicht näher dargestellten Lagerung beweglich ist. Die Rolle 4 ist so ausgebildet, daß der Draht 3 eine bestimmte Reibung erfährt, so daß der Draht mit einer vorgegebenen Vorspannung auf den Spulenkörper aufgewickelt wird. Diese Vorspannung läßt sich zusätzlich über eine Feder 8 einstellen, die einerseits an dem in Richtung des Doppelpfeiles 7 verstellbaren Block 6 und andererseits an einem feststehenden Teil 9 der Gesamtanordnung befestigt ist. Einzelheiten über die Führung des Blocks 6 sowie über die Einstellung der Federspannung sind nicht eingezeichnet, da sie zum Verständnis der Erfindung an sich nicht beitragen. Wie bereits erwähnt, ist die Drahtführungsrolle 4 in Achsrichtung der Achse 5 frei beweglich und wird durch das Aufwickeln des Drahtes in Richtung des Doppelpfeiles 10 gleichmäßig mitgeführt. Es sei angenommen, daß auf den Spulenkörper 1 bereits einige Windungslagen derart aufgebracht sind, daß eine homogene Lagenwicklung entsteht. Die letzte Lage dieser Wicklung ist mit der Bezugsziffer 12 bezeichnet. Unter einer homogenen Lagenwicklung ist, wie bereits erwähnt, eine solche Wicklung zu verstehen, bei der einerseits die Windungen jeder Lage exakt nebeneinander liegen, und bei der andererseits die einzelnen Lagen exakt übereinander derart angeordnet sind, daß die Drähte aufeinanderfolgender Lagen jeweils um etwa den halben Drahtdurchmesser gegeneinander versetzt sind. Auf diese Weise liegen die Wicklungsdrähte jeweils in den von der darunter liegenden Lage gebildeten Rillen. Aus der auf die Lage 12 folgende Lage 13 ist eine Anzapfung an einer beliebigen Stelle der Lage herauszuführen. Hierzu wird der von der Drahtvorratsrolle kommende Draht 3 an der Übergangsstelle von der Wicklung zur Herausführung zu einer Drahtschlaufe 15 geformt und diese Drahtschlaufe wird derart aus der Spule herausgeführt, daß die die Schlaufe bildenden Drähte 16 und 16' zumindest näherungsweise senkrecht zu den auf die Spule bereits aufgewickelten Drähten der Lage 13 stehen. Es ist hierbei zu beachten, daß der Krümmungsradius an den Übergangsstellen 17 und 17' von der Wicklung zur Herausführung kleiner oder höchstens gleich dem Drahtdurchmesser gewählt wird, da sonst die Homogenität der weiteren Wicklung gestört würde. Darüber hinaus ist es zweckmäßig darauf zu achten, daß die beiden Drähte 16 und 16' innerhalb der Flansche 19 des Spulenkörpers einander verhältnismäßig eng benachbart sind. Die Drahtschlaufe 15 kann nach endgültiger Fertigstellung der Spule aufgeschnitten und vom Isolierlack befreit werden, so daß eine an sich beliebig zu schaltende Anzapfung zur Verfügung steht.

Die Fi g. 1 zeigt zugleich ein einfaches Verfahren, mit dessen Hilfe sich die vorgenannten Bedingungen in verhältnismäßig einfacher Weise erfüllen lassen. Zur Fixierung und zur Führung der senkrecht auf den bereits aufgewickelten Draht stehenden Drahtschlaufe 15 wird ein U-förmig gebogenes Schiffchen 20 verwendet, das durch einen im Flansch 19 des Spulenkörpers in radialer Richtung verlaufenden Schlitz in den Innenraum der zu wickelnden Spule eingeführt wird. Dieses Schiffchen wird bis zur Anzapfstelle der Lage 13 vorgeführt und die Drahtschlaufe 15 in der Rinne des Schiffchens aus der Wicklung herausgezogen. Mit dieser Vorrichtung wird nun normal weitergewickelt. Der auf die Spule auflaufende Wickeldraht 3 fixiert bereits bei der ersten Windung nach der Anzapfung die senkrecht herausgeführte Drahtschlaufe 15. Danach kann das Schiffchen bereits aus dem Spulenkörper herausgezogen werden, was jedoch eine abermalige Unterbrechung des Wickelvorganges zur Folge hat.

Um diese abermalige Unterbrechung des Wickelvorganges zu vermeiden, wird das Schiffchen 20 zweckmäßig so ausgebildet, wie es in der Fig.2 perspektivisch dargestellt ist. Dazu wird das Schiffchen 20 auf der der Wicklung zugewandten Seite mit einer Abschrägung oder Abrundung 21 versehen. In diesem Fall läuft dann beim Weiterwickeln der Spule der Draht 3 über die Abschrägung 21 weg und schiebt aufgrund der durch die Feder 8 erzeugten Vorspannung das Schiffchen bei jeder weiteren Windung um den Betrag des Drahtdurchmessers aus dem Spulenkörper heraus, wodurch das Schiffchen automatisch aus dem Innenraum der Spule entfernt wird, sobald die mit der Anzapfung versehene Lage zu Ende gewickelt ist. Zur Herausführung der Drahtschlaufe läßt sich vorteilhaft eine Nadel 23 verwenden, die an ihrem der Wicklung zugewandten Ende 24 hakenförmig abgebogen ist und die das Herausziehen der Drahtschlaufe aus dem Innenraum der Spule erheblich erleichtert. Um eine Beschädigung des auf den Draht aufgebrachten Isolierlackes zu vermeiden, werden zweckmäßig zumindest die Kanten des Schiffchens 20 gebrochen oder verrundet, die unmittelbar mit dem Draht in Berührung kommen.

Der Einfachheit halber ist in der F i g. 1 der von der Drahtvorratsrolle kommende Draht 3 zwischen der Führungsrolle 4 und der eigentlichen Wicklung senkrecht zur Spulenachse gezeichnet. Tatsächlich ist es jedoch so, daß der auf die Wicklung auflaufende Draht eine geringe Neigung gegenüber der Spulenachse hat,

da die Führungsrolle 4 in Richtung des Doppelpfeiles 10 durch den Draht nachgezogen werden muß. Je nachdem ob eine von links nach rechts oder eine von rechts nach links laufende Lage gewickelt wird, bildet der auf die Wicklung auflaufende Draht mit der dem Motor M zugewandten Spulenachse einen Winkel der geringfügig kleiner bzw. geringfügig größer als 90° ist. Für den Wickelvorgang selbst ist diese Neigung insofern von Bedeutung, als sie nämlich bewirkt, daß der Draht an der Stelle der Anzapfung und den darüber liegenden Lagen gehalten und in Verbindung mit der Drahtvorspannung einwandfrei in die jeweils von der darunter Hegenden Lage gebildeten Rillen eingelegt wird.

Es läßt sich selbstverständlich auch bei dieser Art der Wicklung nicht vermeiden, daß durch die Herausführung der Anzapfung eine Lage des Gesamtwickelraumes — wenn beispielsweise die ganze Spule nur eine Anzapfung besitzt — verlorengeht. Andererseits wird jedoch erreicht, daß die Homogenität der Wicklung auch nach der Anzapfung einwandfrei erhalten bleibt, so daß auch nach der Anzapfung die einzelnen Windungen exakt nebeneinander liegen. Die Anzapfung macht sich lediglich in der Weise bemerkbar, daß in den über der Anzapfung liegenden Lagen eine Erhöhung entsteht, die in der Größenordnung des Drahtdurchmessers liegt. Zweckmäßig werden bei der Herausführung mehrerer Anzapfungen die einzelnen Anzapfungen in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt um einen unnötigen Raumverlust zu vermeiden.

In der Fig.3 ist eine weitere Möglichkeit zur Herstellung einer Anzapfung gezeigt. Dabei wird die Drahtschlaufe 15 in der Weise aus der Spule heruasgeführt, daß die Drähte 16 und 16' auf der mit der Anzapfung zu versehenden Windungslage 13 aufliegen. Das Wickeln erfolgt in der gleichen Weise wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1, d. h. es wird zweckmäßig das in der Fig.2 gezeichnete Schiffchen 20 zur Fixierung der Anzapfung verwendet. Das Schiffchen wird jedoch dann erst auf dem Innenraum der Spule entfernt, wenn die mit der Anzapfung versehene Lage 13 fertiggewickelt ist und der Wickeldraht in der darauffolgenden Lage zur Anzapfstelle zurückkommt.

Die F i g. 4 zeigt im Querschnitt eine aus drei Lagen bestehende Spule, die nach dem in der F i g. 1 gezeigten Verfahren gewickelt ist. Der Schnitt ist so gelegt, daß er durch die Spulenachse verläuft, und daß ein Draht der von der Herausführung gebildeten Drahtschlaufe sichtbar ist. Zur besseren Übersicht ist der Drahtdurchmesser nicht maßstabsgetreu, sondern stark vergrößert dargestellt. Wie aus der F i g. 4 erkennbar ist, liegen in jeder Lage gleich viel Windungen. Der Abstand der Spulenflansche ist so gewählt, daß die in den einzelnen Lagen übereinander liegenden Drähte jeweils um den halben Drahtdurchmesser gegeneinander versetzt sind, so daß beispielsweise die in der Lage II liegenden Drähte in den von den Drähten der Lage 1 gebildeten Rillen liegen. Die Spule sei in der Weise gewickelt, daß die vom Spulenanfang 29 kommende erste Windung von dem im Querschnitt 30 und 30' sichtbaren Draht gebildet wird, und zwar läuft der Draht bei den mit einer Apostrophierung versehenen Bezugsziffern in die Zeichenebene hinein, während er bei den mit Bezugsziffern ohne Apostrophierung gekennzeichneten Querschnittsebenen aus der Zeichenebene heraustritt. Entsprechend dieser Festlegung wird der Draht am Ende der Lage I vom Querschnitt 36' in die Lage II zum Querschnitt 37 geführt. Im Querschnitt 40' wird die Anzapfung 16 (von der Drahtschlaufe 15 ist nur der Draht 16 sichtbar) gebildet und dann die Lage II zu Ende gewickelt, was durch die Querschnitte 41 bis 42' angedeutet ist. Mit dem Querschnitt 43 beginnt die Lage III, die bis zum Querschnitt 48' geführt ist und dort mit der Herausführung 50 endet.

Aus der Fig.4 ist deutlich zu erkennen, daß im Bereich der Herausführung eine Erhöhung der einzelnen Lagen auftritt, die etwa dem Drahtdurchmesser entspricht. Trotz dieser Erhöhung wird der Draht \ nahezu am gesamten Umfang in den Rillen der darunterliegenden Lage geführt, so daß die Homogenität der Wicklung erhalten bleibt. Insbesondere wird bei einer geeigneten Drahtvorspannung, die sich je nach Drahtdurchmesser optimal wählen läßt, durch die Neigung, die der Draht zwischen der Drahtrolle 4 und der Wicklung gegenüber der Spulenachse hat, gewährleistet, daß auch an der Übergangsstelle vom Querschnitt 45' zum Querschnitt 46' der Draht in der gezeichneten Lage gehalten wird.

Die F i g. 5 zeigt im Querschnitt eine Spule, die nach dem in der F i g. 4 gezeichneten Verfahren gewickelt ist. Die Spule selbst ist bis zur Anzapfung in der gleichen Weise wie die in der Fig.4 dargestellte gewickelt, jedoch wird im Querschnitt 40' die Anzapfung in der Weise herausgeführt, daß die Drahtschlaufe (von der im Schnittbild der F i g. 5 nur der Draht 16 sichtbar ist) auf die anzuzapfende Lage Il gelegt wird. Nach Herausführung der Anzapfung wird zunächst die im Querschnitt 42' endende Lage II fertiggewickelt und sodann alle weiteren Windungslagen in der bereits beschriebenen I Weise aufgebracht.

Zur rationellen Herstellung der Spulen erweist es sich als zweckmäßig, das in der F i g. 2 gezeichnete Schiffchen 20 in Längsrichtung zu unterteilen, bzw. aus zwei Profilstücken mit rechteckigem Profil herzustellen und diese beiden Teilstücke derart miteinander zu verbinden, daß sie nach Art einer Schere gegeneinander bewegt werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen einer innerhalb einer Wicklungslage liegenden Anzapfung einer Spule mit homogener Lagenwicklung beim Wickeln der Spule auf einen Wickelkörper, wobei eine Drahtschlaufe derart aus der Wicklung herausgeführt wird, daß die die Drahtschlaufe bildenden Drähte parallel zur Spulenachse und annähernd senkrecht zu den Windungen der Wicklung verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß bei unterbrochenem Wickelvorgang ein Schiffchen (20), das die Form einer U-förmigen Rinne hat, durch einen in Radialrichtung verlaufenden Schlitz im Flansch des Wickelkörpers (19) in den Wickelraum eingeführt und bis zur Anzapfstelle (17,17') vorgeschoben wird, daß die Drahtschlaufe (15) durch die Rinne des Schiffchens (20) herausgezogen wird, und daß beim Weiterwickeln das Schiffchen (20) mindestens so lange im Wickelraum verbleibt, bis die Drahtschlaufe durch wenigstens eine Windung des Wicklungsdrahtes fixiert ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtschlaufe (15) mit Hilfe einer hakenförmigen Nadel (23, 24), die in die Rinne des Schiffchens (20) einlegbar ist, herausgezogen wird.

3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das U-förmig ausgebildete Schiffchen (20) auf der der Wicklung zugewandten Seite mit einer Abschrägung oder einer Abrundung (21) versehen ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das U-förmig ausgebildete Schiffchen (20) in Längsrichtung unterteilt und nach Art einer Schere ausgebildet ist.