DE1589960B2 - Verfahren zur herstellung von wicklungen auf einem geschlossenen kern - Google Patents

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von wenigstens einer Wicklung auf einem geschlossenen Ringkern, deren Windungen aus einzelnen vorgeformten Drahtstücken bestehen, deren Enden miteinander verbunden werden. _;

Bei Impulstransformatoren bestehen gewöhnlich ■ ' die Wicklungen auf den Kernen aus einer Anzahl Windungen, die dadurch entstehen, daß bei kleineren Stückzahlen oder bei sehr kleinen Abmessungen ein Draht von Hand um den Kern gewickelt wird; bei der Serienfertigung, erfolgt dies durch Ringwickelmaschinen. Bei nach dieser Methode hergestellten Wicklungen ergibt sich, daß für den einen oder anderen Impulstransformator etwas mehr oder weniger Draht verwendet wird; dadurch ergeben sich Abweichungen in der elektrischen Charakteristik der Impulstransformatoren zueinander. Diese Unterschiede in den einzelnen Wicklungen sind auf die Toleranzen zurückzuführen, z. B. die Streuungen in den Abständen der Windungen zueinander, des Windungsdurchmessers, der Drahtstärke, des Kerndurchmessers und anderen Einflüssen. Ein Hauptnachteil derartiger gefertigter Impulstransformatoren ist jedoch der hohe Herstellungspreis. Ein Impulstransformator kostet wesentlich mehr als ein Transistor oder eine Röhre (s. Fachbuch »Impulsschaltungen«, S. 183, von A.P.Speiser).

Aus der USA.-Patentschrift 1 936 309 ist ein Verfahren zur Herstellung von Wicklungen für Induktionsspulen bekanntgeworden, nach welchem Windungssegmente, die einen zylindrischen Kern umfassen, aufeinandergeschichtet werden, wobei dann das Ende eines Segmentes mit dem Anfang des darüberliegenden Segmentes verbunden wird. Die deutschen Patentschriften 906 831 und 1 056 272 geben Verfahren zur vereinfachten Herstellung von Induktionsspulen, Drosseln und Transformatoren an, nach welchen die Windungen bzw. Windungssegmente aus gedruckten oder geätzten Schaltungen bestehen, die dann zu Wicklungen zusammengefaltet werden. Diese vorgenannten Verfahren sind nicht bei geschlossenen Kernen, z. B. Ringkernen, anwendbar, sondern sie werden nur für offene Kerne verwendet.

Durch die deutsche Patentschrift 907 671 wurde ein Verfahren zum Aufbringen von Wicklungen auf Kerne von Schaltdrosseln od. dgl., insbesondere geschlossene Ringkerne, bekannt, bei dem die Wicklung zunächst auf eine Schablone aufgewickelt wird, die dann an einer Stelle aufgetrennt und von der Schablone entfernt wird, worauf die auf diese Weise hergestellte Halbformwicklung über den Kern geschoben

und dann windungsweise durch Lölung verbunden wird.

Diese vorgenannten bekannten Fertigungsverfahren zur Bewicklung von Ringkernen, insbesondere wenn es sich um kleine Bauelemente handelt, die nicht durch Ringkern-Wickelmaschinen bewickelbar sind, sind zur Massenfertigung nicht geeignet, sie sind zu umständlich und verursachen noch zu hohe Gestehungskosten. Außerdem weisen die derart gefertigten Impulstransformatoren in ihren Übertragungswerten to einen großen Streubereich auf, der die engen Toleranzgrenzen, wie sie beispielsweise bei einer Verwendung als Treiber bei Speichern in Datenverarbeitungsanlagen auftreten, überschreitet; dadurch ergibt sich bei diesen hohen Anforderungen ein relativ großer Ausschuß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftlich günstiges Herstellungsverfahren für die den geschlossenen Kern umgebenden Wicklungen zu schaffen, wobei ein genauer Abstand der Windungen zo zueinander und der Windungen zum Kernkörper gewährleistet und damit eine kleinere Exemplar-Streuung in der elektrischen Charakteristik erzielt wird, als bei dem herkömmlichen Wickelverfahren.

Dieses neue Herstellungsverfahren soll insbesondere für die Massenfertigung von Impulstransformatoren verschiedener Typen, d. h. verschiedener Größen und verschiedener Wicklungen, geeignet sein, so daß der Ringkern mit ein- oder mehrgängigen ineinandergewickelten Wicklungen den "Erfordernissen entsprechend versehen werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß U-förmige, den Kern teilweise umgebende Drahtstücke gebildet werden, deren Schenkel an der inneren und äußeren Kernwandseite anliegen, daß die inneren und äußeren Schenkel durch innere und äußere Fixiereinrichtungen festgehalten werden, daß dann die innere und die äußere Fixiereinrichtung so weit gegeneinander verdreht werden, bis die inneren Schenkel den jeweils mit ihnen zu verbindenden außeren Schenkeln der anderen Drahtstücke radial gegenüberstehen und daß dann, abgesehen von den durch je einen inneren und einen äußeren Drahtschenkel gebildeten Wicklungsanschlüssen jeweils die inneren zu den äußeren gekürzten Schenkeln gebogen und mit diesen verschweißt werden.

Die Herstellung von auf Ringkernen befindlichen Wicklungen nach diesem Verfahren ist sehr schnell, wirtschaftlich und gewährleistet enge Fertigungstoleranzen bei den Abständen Windung zu Windung und Windungen zum Kern.

Die Wirkungsweise, die Vorteile und die Merkmale des Verfahrens zur Herstellung von wenigstens einer Wicklung auf einem geschlossenen Ringkern werden besser verständlich an Hand der folgenden Beschreibung und der Abbildungen eines Ausführungsbeispiels dieser Erfindung: Herstellung eines Impulstransformators mit Ringkern.

Es ist dargestellt in:

F i g. 1 eine Anzahl von Wickeldrähten, die durch einen Ringkern gefädelt sind,

F i g. 2 die Ausrichtung und Festlegung der Drähte durch einen mit Nuten versehenen Konus,

F i g. 3 das Abbiegen der Drahtstücke rund um den Ringkern,

F i g. 4 die Anordnung der jetzt U-förmigen Drahtstücke im Ringkern,

Fig. 5 im Prinzip die Fixiereinrichtungen für die inneren und äußeren Drahtschenkel zur Schränkung der Drahtstücke,

Fig. 6 die Anordnung der Drahtstücke nach der Schränkung,

F i g. 7 das Abschneiden der äußeren Drahtschenkel nach erfolgter Schränkung der Drahtstücke,

Fig. 8 die Abbiegung der inneren Drahtschenkel nach außen,

F i g. 9 das Abschneiden des überschüssigen Drahtes an den inneren Drahtschenkeln, welche nach außen gebogen wurden,

Fig. 10 und 11 das Verbinden der Enden der verschränkten Drahtstücke durch Schweißung miteinander, so daß komplette Wicklungen entstehen und

Fig. 12 eine Draufsicht des fertigbewickelten Ringkernes.

Nachstehend werden die Einzelheiten der F i g. 1 bis 12 ausführlicher beschrieben. Die Fig. 1 zeigt, daß der zu bewickelnde Ringkern 10 über einer Öffnung in der Trageplatte 12 angeordnet ist. Durch die Öffnungen in der Trageplatte 12 und dem Ringkern 10 sind eine Anzahl Drähte 16 gefädelt, die nicht isoliert sind und von den unter der Trageplatte 12 befindlichen Drahtrollen 14 abgezogen werden. Die Fig. 1 ist lediglich eine Prinzipdarstellung; zwecks besserer Anschaulichkeit ist eine Anzahl von Drähten 16 und Drahtspulen 14 nicht dargestellt. Soll der Ringkern 10 z. B. zwei Wicklungen erhalten, wobei jede Wicklung aus 20'Windungen besteht, dann werden 40 Drähte 16 durch die Öffnung des Ringkernes 10 und der Trageplatte 12 gefädelt, welche von 40 Drahtrollen 14 abgezogen werden. Der Ringkern 10 wird vorzugsweise aus isoliertem Material hergestellt, um Kurzschlüsse in den Wicklungen durch die nichtisolierten Drähte 16 zu verhindern. Es kann jedoch auch ein Kern aus leitendem Material verwendet werden, wenn der Kern vor dem Durchfädeln der nichtisolierten Drähte 16 einen Überzug aus isolierendem Material erhält.

Nachdem die Drähte 16 durch die Öffnung des -Ringkernes 10 gefädelt sind, folgt ihre gleichmäßige Ausrichtung an der Innenseite des Ringes (s. hierzu F i g. 2). Ein mit Nuten 22 versehener Konus 18, der einen vorragenden Führungszapfen 20 hat, wird in die Öffnung des Ringkernes 10 eingeführt; dabei legen sich die Drähte 16 in die Nuten 22 des Konusses 18. Dadurch wird bev/irkt, daß alle Drähte 16 im gleichen Abstand zueinander an der Lochwand des Ringkernes 10 fixiert werden. Ein zweiter, ebenfalls mit Nuten 22 versehener Konus 24, in dessen Spitze ein Zapfenlager 26 eingelassen ist, wird mit dem ersten Konus 18 in Verbindung gebracht, wobei dessen Führungszapfen 20 in das Zapfenlager 26 gesteckt wird und diese Anordnung somit als Führung dient. Im Anschluß an die Verbindung der zwei Konusse 18 und 24 wird der Ringkern 10 vom ersten Konus 18 auf den zweiten Konus 24 verschoben, so daß er am Bund 28 anliegt (s. hierzu F i g. 3). Dann werden die Drähte 16 von den Drahtspulen 14 abgeschnitten.

Anschließend erfolgt eine weitere Fixierung der Drahtstücke 16 am Konus 24 und am Ringkern 10. Bei diesem Fixiervorgang wirkt eine Druckkraft F gleichmäßig auf die Oberfläche des Ringkernes 10; dadurch werden die Drahtstücke 16 in den Nuten 22 des Konusses 24 und an der Innenwandseite der Öffnung des Ringkernes 10 fixiert, außerdem werden die Drahtstücke durch die Druckkraft an der Unterseite des Ringkernes und dem Bund 28 festgehalten. Wäh-

rend der Ringkern 10 durch die Druckkraft F auf die Drahtstücke 16 und den Bund 28 gepreßt wird, bewegen sich in radialer Richtung von außen nach innen zum Ringkern hin Gleitarme 30, die an ihrer'-Stirnseite jeweils eine Nut 32 aufweisen. Die Nuten 32 erfassen die überstehenden Drahtschenkel 16; durch die radiale Einwärtsbewegung der Gleitarme 30 werden die Drahtschenkel nach oben so abgebogen, daß sie satt an der Außenwand des Ringkernes 10 anliegen. Das Ergebnis am Ende dieses Arbeitsganges ist, daß die Drahtstücke 16 als U-förmige Bügel entsprechend den geforderten Abständen am Umfang des Ringkernes verteilt sind (s. hierzu F i g. 4).

Als,nächster Arbeitsschritt erfolgt das Verschränken der U-förmigen Drahtstücke mittels der inneren und äußeren Fixiereinrichtungen (s. hierzu die F i g. 5 und 6). Gemäß den Darstellungen werden durch die in Richtung zum Ringkern geschobenen Gleitarme 30 die äußeren Schenkel der Drahtstücke 16 festgehalten, während der Konus 24 und damit auch der Ringkern eine Verdrehung gegenüber den feststehenden Gleitarmen 30 ausführen. Die Verdrehung des Konusses 24 und des Ringkernes 10 bewirkt, daß die in den Nuten 22 des Konusses liegenden Drahtschenkel ebenfalls mitverdreht werden gegenüber den feststehenden Drahtschenkeln an der Außenseite des Ringkernes, und daß damit eine Verschränkung bzw. eine Versetzung der Schenkel der Drahtstücke zueinander auftritt (s. hierzu F i g. 6). Aus -der F i g. 6 ist zu ersehen, daß in diesem Beispiel eine Verdrehung um solch einen Winkel erfolgte, daß sich eine Verschränkung bzw. eine Versetzung der inneren zu den äußeren Schenkeln eines Drahtstückes ergibt, welcher zwei Drahtstück-Positionen entspricht. Diese Verschränkung um zwei Drahtstück-Positionen wurde deshalb gewählt, weil zwei Wicklungen auf dem Ringkern 10 erzeugt werden sollen. Selbstverständlich können nach diesem Verfahren auch eine andere Anzahl von Wicklungen auf dem Ringkern erzeugt werden; dabei ist es erforderlich, lediglich den Verdrehungswinkel zu ändern, z. B. wird nur eine Wicklung gefordert, dann werden die Drahtstücke 16 lediglich um eine Drahtstück-Position versetzt; werden dagegen drei Wicklungen gewünscht, dann ist eine Versetzung um drei Drahtstück-Positionen notwendig, usw.

Nach dem Abschluß des Arbeitsganges — Verschränkung der Drahtstücke — werden die äußeren Drahtschenkel bündig mit der Oberfläche des Ring-Arbeitsschritte werden die inneren Drahtschenkel nach unten abgebogen, so daß sie parallel mit der kernes abgeschnitten (s. hierzu F i g. 7). Als nächste oberen Ringkernfläche und in radialer Richtung nach außen verlaufen und dabei über den äußeren gekürzten Drahtschenkel zu liegen kommen, welcher um zwei Drahtstück-Positionen versetzt ist. Es kommt somit ein innerer Drahtschenkel nach dem Abbiegen in Verbindung mit einem äußeren Drahtschenkel, der zu einem Drahtstück gehört, welcher um zwei Positionen versetzt ist.

Das Abbiegen der inneren Drahtschenkel (16') nach unten, so daß sie sich parallel zur oberen Ringkernoberfläche erstrecken, kann von Hand erfolgen oder zweckmäßigerweise maschinell durch eines der dem Fachmann geläufigen Verfahrens. Bei einem derartigen Verfahren erfolgt z. B. in einem ersten Schritt ein Aufspreizen der Drahtschenkel nach außen, indem auf den konischen Teil des zweiten Richtdorns 24 ein Hohlzylinder geschoben wird, der eine abgeschrägte Stirnseite aufweist, die während des Einschiebens die Drahtstücke nach außen drückt und schräg abwinkelt. Nach der Entfernung des abgeschrägten Hohlzylinders wird ein anderer Hohlzylinder, der eine plane Stirnfläche aufweist, welche Nuten zur Drahtausrichtung enthalten kann, auf den konischen Teil des Richtdorns 24 geschoben. Durch den von der Stirnfläche auf die Drahtstücke ausgeübten Druck werden diese so weit abgewinkelt, daß sie parallel zur Kernoberfläche liegen, und durch die Nuten in der Stirnfläche werden sie zu den äußeren Drahtschenkeln ausgerichtet.

Die Fig. 9 zeigt, daß jeder abgewinkelte innere Drahtschenkel an der Kante 38 des Gleitarmes 30 durch das Scherblatt 40 abgetrennt wird. Nach dem Kürzen der inneren Drahtschenkel sind die Drahtstücke so vorbereitet, daß sie zu Windungen und Wicklungen zusammengeschaltet werden können. Diese Verbindung geschieht zweckmäßigerweise durch Schweißung, wie dies in den Fig. 10 und 11 dargestellt ist. Vorteilhaft ist eine elektrische Verschweißung dieser Verbindungsstellen, indem die abgebogenen Drahtschenkel 16 und 16' an ein positives Potential und die mit einer Spitze versehene Schweißelektrode 42 an negatives Potential gelegt wird. Mit der Spitze der Schweißelektrode 42 wird kurz der überstehende Drahtschenkel 16' berührt, wobei sich beim Abziehen ein Lichtbogen bildet, der bewirkt, daß die beiden Drahtenden 16' und 16" sich erhitzen und daß das vorstehende Drahtende 16' sich nach unten so abbiegt, daß es auf das Drahtende 16" zu liegen kommt und mit diesem verschweißt wird (s. Fig. 11). Nach der Verschweißung der beiden Drahtenden 16' und 16" miteinander wird der Lichtbogen selbsttägig unterbrochen, da der Abstand zwischen Schweißstelle und der Spitze der Schweißelektrode 42 so groß geworden ist, daß das vorliegende Potential nicht mehr ausreicht, den Lichtbogen aufrechtzuerhalten. Nach der Verschweißung der einzelnen Verbindungsstellen sind die Wicklungen erstellt, und der Ringkern 10 und die Windungen werden zum Schutz mit einer isolierenden Substanz überzogen. Die Anschlüsse 44 der Wicklungen bildet man jeweils aus einem inneren und äußeren Schenkel der äußersten Drahtstücke 16 einer Wicklung. Diese Schenkel werden nicht gekürzt und nicht miteinander verschweißt (s. Fig. 12 und auch Fig. 7 bis 11).

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von wenigstens einer Wicklung auf einem geschlossenen Ringkern deren Windungen aus einzelnen vorgeformten Drahtstücken bestehen, deren Enden miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß U-förmige, den Kern (10) teilweise umgebende Drahtstücke (16) gebildet werden, deren Schenkel an der inneren und äußeren Kernwandseite anliegen, daß die inneren und äußeren Schenkel durch innere und äußere Fixiereinrichtungen (22, 24, 28, 30, 32) festgehalten werden, daß dann die innere (22, 24) und die außere (30, 32) Fixiereinrichtung so weit gegeneinander verdreht werden, bis die inneren Schenkel (16') den jeweils mit ihnen zu verbindenden äußeren Schenkeln (16") der anderen Drahtstücke radial gegenüberstehen und daß dann, abgesehen von den durch je einen inneren und einen äußeren Drahtschenkel gebildeten Wicklungsanschlüssen (44), jeweils die inneren zu den äußeren gekürzten Schenkeln gebogen und mit diesen verschweißt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Fixiereinrichtung gedreht wird und daß die äußere Fixiereinrichtung in ihrem stationären Zustand verbleibt.

3. Verfahren zur Herstellung der U-förmigen Drahtstücke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß entsprechend der Anzahl der den Kern umschlingenden Windungen eine gleiche Anzahl Drähte durch die Öffnung des Ringkerns gefädelt wird, daß zur Ausrichtung dieser Drähte an der Innenseite des Kernes ein konischer, mit Drahtführungsnuten (22) versehener erster Richtdorn (18) in die Ringkernöffnung eindringt, daß anschließend ein zweiter mit einem Bund (28) versehener Richtdorn (24) der inneren Fixiereinrichtung in Verbindung mit dem ersten Richtdorn (18) gebracht wird und daß der Ringkern auf den zweiten Richtdorn (24) geschoben und dabei an den Bund angedrückt wird, so daß dadurch die Drähte abgewinkelt werden und in radialer Riehtung verlaufen, daß mit Nuten (32) versehene Gleitarme (30) der äußeren Fixiereinrichtung diese abgewinkelten Drahtstücke erfassen und so biegen, daß diese als äußere Schenkel parallel zu den inneren Schenkeln der Drahtstücke verlaufen.

4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Fixiereinrichtung aus einem zylindrischen, drehbaren Richtdorn (24) besteht, der einen als Anlage des Kernes (10) dienenden Bund (28) aufweist, von dem ein die Kernöffnung durchdringender Kegelstumpf ausgeht, dessen Oberfläche zur Drahtführung dienende Nuten (22) enthält, deren Anzahl wenigstens der Anzahl der Windungen entspricht, und daß der Richtdorn an seinem konischen Ende ein zentrales, offenes Zapfenlager (26) aufweist und daß als äußere Fixiereinrichtung für jede Windung bzw. Drahtstück ein in radialer Richtung verschiebbarer Gleitarm (30) vorgesehen ist, der an seinem vorderen Ende eine das abgewinkelte Drahtstück erfassende Nut (32) aufweist, und daß die Gleitarme die Drahtstücke als äußere Schenkel (16") bei ihrer Einwärtsbewegung an den Ringkern andrücken.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Richtdorn (18) in axialer Richtung bewegbar ist, daß er einen die Kernöffnung durchdringenden Konus aufweist, dessen Oberfläche zur Drahtführung dienende Nuten (22) enthält, deren Anzahl wenigstens der Anzahl der eingefädelten Drähte entspricht, und daß an der Spitze des Konus ein in das Zapfenlager (26) des zweiten Richtdorns (24) passender Führungszapfen (20) angeordnet ist. '