DE1613053B2 - Verfahren zur herstellung von scheibenfoermigen ankern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von scheibenförmigen Ankern von elektrischen Maschinen, bei denen die wirksamen Abschnitte der. Wicklungsleiter annähernd radial verlaufen, unter Verwendung einer Ringkernwickelmaschine.

Wickelmaschinen, mit denen scheibenförmige Anker für elektrische Maschinen gefertigt werden können, sind bekannt. Eine dieser bekannten Wickelmaschinen (USA.-Patentschrift 2 726 817) besitzt zur Aufnahme des zu bewickelnden Ringkernes einen vertikal angeordneten Support, der in zwei gegeneinander drehbare Abschnitte unterteilt ist.

Außerdem ist senkrecht zum Ringkern ein ringförmiger Körper gleichfalls drehbar angeordnet, der den Wickeldraht führt und die Bohrung des Ringkerns durchdringt.

Mit dieser Ringkernwickelmaschine können zwar ringförmige Kerne unterschiedlicher Dicke und insbesondere auch scheibenförmige Kerne mit Leiterdraht bewickelt werden. Der Draht verläuft jedoch radial von der Bohrung des Kernes über die Umfangskante und von hier zur Bohrung zurück. Der wesentliche Nachteil besteht somit darin, daß die von den einzelnen Windungen umschlossene Fläche außerordentlich klein ist, so daß sich beispielsweise bei der Verwendung eines derartigen Scheibenankers als Rotor in einem Elektromotor ein kleines Drehmoment eines solchen Motors ergeben muß.

Weitere bekannte Verfahren zur Herstellung von Wicklungen auf Scheibenankern, bei denen eine größere Fläche für die einzelnen Windungen ausgebildet werden kann, bedienen sich der Technik der gedruckten Schaltungen. Demgegenüber wird in der vorliegenden Anmeldung davon ausgegangen, daß die Ringwicklungen aus Leiterdraht entsprechenden Querschnitts gebildet werden sollen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von scheibenförmigen Ankern von elektrischen Maschinen zu schaffen, bei dem unter Anwendung der bekannten Ringwickeltechnik Spulen gebildet werden, die auf der Scheibe eine möglichst große'Fläche einschließen.

Eine bevorzugte Lösung dieser Aufgabe besteht bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß darin, daß die Wicklung auf eine ringförmige Scheibe in der Weise aufgebracht wird, daß die Wicklungsleiter vom inneren zum äußeren Umfang geradlinig verlaufen, daß anschließend die Wicklungsleiter auf beiden Seiten der Scheibe mit Formringen, welche eine der Anzahl der Wicklungsleiter entsprechende Anzahl von Stiften aufweisen, in Eingriff gebracht werden und daß schließlich die Formringe die Wicklungsleiter verbiegend gegeneinander verdreht werden.

Eine weitere erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung auf eine'Scheibe, die auf beiden Seiten eine der Anzahl der Wicklungsleiterabschnitte entsprechende Anzahl von Stiften aufweist, derart aufgebracht wird, daß der Wicklungsdraht unter Ablenkung um die Stifte geführt wird, und daß anschließend die Stifte unter Druck und Wärmebeaufschlagung abgeflacht werden.

Schließlich ist noch eine weitere erfindungsgemäße Lösung der genannten Aufgabe dadurch gegeben, daß die Wicklung auf einen unter Druck und Wärmeeinwirkung verformbaren Ringkern aufgewickelt wird, der anschließend zusammen mit der Wicklung zu einer flachen Scheibe verformt wird.

Die genannten Verfahren bieten den Vorteil, daß

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für die Herstellung der scheibenförmigen Anker von Scheibe mit der Zuleitung 30 und wird dann etwa ra-

elektrischen Maschinen, wie Motoren oder Generato- dial nach außen fortgesetzt (Abschnitt 31). Nachfol-

ren, die bekannten Ringkernwickelmaschinen ohne gend wird der Wickeldraht im Uhrzeigersinn schräg

Änderung ihres konstruktiven Aufbaus Anwendung zum Scheibenrand geführt (Abschnitt 32). Anschlie-

finden können. 5 ßend wird unter Bildung der Abschnitte 33 und 34

Die jeweils gewünschte Wickelweise und Wickel- die erste Windung vollendet.

dichte wird durch die Einstellung der Wickeige- Die zweiten, dritten und vierten Windungen 35, 36

schwindigkeit des Wickelringes einerseits und der und 37 werden entsprechend gewickelt, so daß die

Drehgeschwindigkeit des Kernes andererseits varia- erste Ankerschleife vollendet ist.

bei vorgegeben. io Die erste Ankerschleife umspannt etwas weniger

Der bei der erstgenannten Verfahrenslösung erfor- als 360 Grad des Umfangs und endet genau an dem

derliche zusätzliche Verfahrensschritt, der die Defor- Punkt, an dem die zweite Schleife beginnt, welche ge-

mierung der Leiter und damit die Flächenvergröße- genüber der ersten im entgegengesetzten Uhrzeiger-

rung der einzelnen Windungen bewirkt, kann ohne sinn etwas verschoben ist. Das gleiche gilt für jede

großen wirtschaftlichen Mehraufwand und ohne 15 folgende Schleife.

merklichen Zeitverlust durchgeführt werden, insbe- Bei einer 8poligen Maschine endet die letzte

sondere, wenn dieser Verfahrensschritt mit Veranke- Schleife an einem Punkt, der um 90 ° gegenüber dem

rungsmaßnahmen der einzelnen Leiter an oder inner- Anfang verschoben ist; es wird deshalb eine zusätzü-

halb der Trägerscheibe verbunden wird. ehe Windung benötigt, um die Wicklung zu schlie-

Bei der zweiten Lösung ist der genannte Verfah- 20 ßen. Die Gesamtzahl der Windungen beträgt somit

rensschritt der Deformierung der Leiter nicht erfor- gewöhnlich eine Windung mehr oder weniger eines

derlich. Außerdem ergibt sich bei der Abflachung ganzzahligen Vielfachen der Polzahl,

der Stifte eine dauerhafte Verankerung der Leiter auf Mit den Bezugszeichen 21 und 22 sind Bürsten be-

der Scheibe, insbesondere, wenn Stifte und Scheibe zeichnet, die direkt auf den Wicklungsabschnitten

aus thermoplastischem Material bestehen. 25 schleifen.

Die dritte Lösung zeichnet sich durch große Wirt- Ein Verfahren zur Herstellung eines solchen schei-

schaftlichkeit aus, da die Verformung der Leiter und benförmigen Ankers unter Verwendung einer be-

deren Verankerung in einem Arbeitsgang erfolgt. kannten Ringkernwickelmaschine ist in den F i g. 2

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nach- bis 5 gezeigt. Die Wicklung wird um eine flache,

folgend an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es 30 ringförmige Scheibe 40 gelegt, die aus thermoplasti-

zeigt schem Material ausgestanzt ist. Ihre innere und äuße-

F i g. 1 einen teilweise bewickelten scheibenförmi- re Umfangsfläche ist mit Einkerbungen 41 bzw. 42

gen Anker, versehen, um die Wicklungsleiter in ihrer Lage fest-

F i g. 2 eine schematische Darstellung einer Ring- zulegen. Die Zahl der Einkerbungen auf dem äuße-

wickelmaschine für Scheibenanker, 35 ren und dem inneren Umfang der Scheibe ist gleich

F i g. 2 A eine Draufsicht auf den Anker gemäß der Zahl der Abschnitte der Wicklungsleiter auf dem

F i g. 2 während des Wickelvorgangs, fertigen Anker. Die Einkerbungen 42 am äußeren

F i g. 3 einen bewickelten Anker mit gegenläufig Umfang haben vorzugsweise die Form von Zahnradverdrehbaren Formringen, zähnen, wobei diese den Zähnen eines Antriebsrades

F i g. 4 eine Darstellung gemäß der F i g. 3 mit ge- 40 43 entsprechen. Einige bewegliche Walzen 44 am

schlossener Formringanordnung, Rand der Scheibe halten diese in Eingriff mit dem

F i g. 3 A und 4 A die Leiterfestlegung am Umfang Antriebsrad 43.

des Scheibenankers vor und nach der Verformung, Senkrecht zur Scheibe 40 ist ein Wickelring 45 an-

F i g. 4 B und 4 C Querschnitte durch die Formrin- geordnet, der sich durch die Bohrung der Scheibe 40 ge gemäß den F i g. 3 und 4 mit zwischenliegendem 45 dreht. Die Führung und Steuerung des Ringes 45 erAnker, folgt durch drei Rollen 47.

Fig. 5 einen fertigen Scheibenanker, hergestellt Der Wickelring 45 ist mit einem Schlitz 46 versenach dem in den F i g. 2 bis 4 dargestellten Verfah- hen, durch welchen die Scheibe 40 für den Wickelren, Vorgang eingesetzt und anschließend wieder entfernt

F i g. 6 und 7 die Bewicklung eines mit Stiften ver- 50 werden kann,

sehenen Scheibenankers, Nachdem die Scheibe 40 eingesetzt und der Wik-

F i g. 8 einen fertigen Anker, hergestellt nach dem keldraht von entsprechender Länge auf den Wickel-Verfahren gemäß den F i g. 6 und 7, ring 45 entgegen dem Uhrzeigersinn aufgespult ist,

F i g. 9 bis 12 die Herstellung eines Scheibenankers wird das Drahtende an einer geeigneten Stelle an der

unter Verwendung eines verformbaren Ringkernes. 55 Scheibe befestigt. Durch Drehung des Wickelringes

Ein scheibenförmiger Anker 3 gemäß der Fig. 1 entgegen dem Uhrzeigersinn wird der Draht auf die

weist eine Vielzahl etwa radial verlaufender Ab- Scheibe gewickelt, die ihrerseits um ihre Achse entge-

schnitte eines Wicklungsleiters auf, die gleichmäßig gen dem Uhrzeigersinn rotiert. Durch ein Getriebe

über eine ringförmige Scheibe 9 verteilt sind. In der wird die Drehung des Wickelringes mit derjenigen

elektrischen Maschine sind diese den Poloberflächen 60 der Scheibe, dem gewünschten Wickelschritt entspre-

2 eng benachbart. Die einzelnen Wicklungsleitcrab- chend, synchronisiert. Das Verhältnis der Umdre-

schnitte sind untereinander verbunden und bilden hungszahlcn zwischen Wickclring 45 und Scheibe 40

eine geschlossene Wicklung. Der Abstand der einzel- entspricht etwa der halben Polzahl,

nen Wicklungsleiterabschnittc entspricht etwa dem Die in der F i g. 2 A gezeigte Wicklung, deren Win-Abstand der Magnctpolmittclpunktc /V und 5. 65 düngen dreieckige Flächen 48 einschließen, wäre für

Wie aus der F i g. 1 ersichtlich ist, wird ein isolier- einen Motor an sich bereits verwendbar. Der Wir-

tcr Wickcldraht über die Scheibe 9 gewickelt. Die kungsgrad der Wicklung ist jedoch bekanntlich auch

Wicklung besinnt an der inneren Umfaniisflädic der eine Funktion der Windungsfläche. Aus diesem

Grunde wird nach Fertigstellung der Wicklung die von den Windungen eingeschlossene Fläche durch den in den F i g. 3 und 4 dargestellten Verformungsprozeß vergrößert.

Die bewickelte Scheibe 40 wird mittels eines zylindrischen Anschlages 51, der auf einen zylindrischen Kern 52 aufgeschraubt ist, gehalten. Zwei Formringe 53 und 54 werden beidseitig auf die bewickelte Scheibe 40 zu bewegt und in Eingriff mit den Wicklungsleitern 50 gebracht. Jeder der Formringe ist mit Stiften 55 bzw. 56 versehen, deren Zahl auf jedem Ring die gleiche ist wie die Zähl der radial verlaufenden Abschnitte der Wicklungsieiter 50. Auf diese Weise ist jeweils ein Stift zwischen jedem Wicklungsleiter angeordnet, wenn die Formringe mit der Wicklung im Eingriff stehen. Wie in der F i g. 4 gezeigt ist, werden die Formringe 53 und 54 in entgegengesetzter Richtung gedreht und damit die einzelnen Leiter um einen vorgegebenen Betrag auseinandergebogen. Der fertige Anker ist in der Fig. 5 gezeigt.

Wie aus den Fig. 3A und 4A ersichtlich, weist jede zahnartige Einkerbung am äußeren Umfang der Scheibe 40 einen Schlitz 49 auf. Jeder Schlitz endet in einem kleinen Loch, dessen Durchmesser etwa gleich dem Drahtdurchmesser ist. Während des Verformungsvorgangs wächst die Spannung in den Wicklungsleitern 50 so, daß diese in die Schlitze 49 hinein in Richtung auf die Bohrung gezogen werden. Die Wicklungsleiter vor der Verformung zeigt die F ig. 3 A, die Leiter nach der Verformung die Fi g. 4 A.

Die Länge der Stifte 55 und 56 in den Formringen 53 und 54 ist geringer als der Durchmesser der Wicklungsleiter 50, wie in der Fig. 4 B dargestellt ist. Durch Wärme- und Druckbeaufschlagung können gleichzeitig die Wicklungsleiter in die aus thermoplastischem Material bestehende Scheibe 40 wenigstens teilweise eingebettet werden (F i g. 40).

Wenn eine außerordentlich dünne Ankerscheibe erwünscht ist, kann zusätzlicher Druck ausgeübt werden, wodurch die Wicklungsleiter nicht nur vollständig in das Scheibenmaterial eingebettet, sondern selbst auch noch flachgedrückt werden.

Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von scheibenförmigen Ankern ist in den F i g. 6 bis 8 dargestellt. Fig. 6 zeigt eine.Scheibe 60, die zusammen mit Stiften 61 im Spritzgußverfahren hergestellt werden kann, so daß die Stifte 61 einen integralen Bestandteil der Scheibe 60 bilden.

Die Zahl der Stifte 61 entspricht der Anzahl der Abschnitte der Wicklungsleiter und ist damit ebenso groß wie die Zahl der zahnartigen Einkerbungen entlang der inneren und äußeren Umfangskante der Scheibe. Der eigentliche Wickelvorgang läuft in der gleichen Weise ab wie zuvor beschrieben.

Die relative Winkelgeschwindigkeit zwischen Scheibe und Wickelring wird während der Bewick-• lung geändert, wodurch erreicht wird, daß der Draht die gewünschte Lage einnimmt, in der er mit Hilfe der Einkerbungen und der Stifte 61 gehalten wird. Die F i g. 6 zeigt den Wickelvorgang, während die F i g. 7 die teilweise bewickelte Scheibe zeigt.

Wenn der Wickelvorgang abgeschlossen ist, wird der Anker zwischen zwei heißen Platten gepreßt, wodurch die Wicklungsleiter in die Scheibe eingepreßt und die Stifte 61 abgeplattet werden. Der fertige Anker ist in der F i g. 8 dargestellt.

Schließlich zeigen die F i g. 9 bis 12 noch ein drittes Verfahren zur Herstellung von scheibenförmigen Ankern. Bei diesem Verfahren wird ein Kern 70 verwendet, der eine zylindrische Form aufweist und aus thermoplastischem Material besteht. Der Kern muß einerseits unter Druck und/oder Wärmebeaufschlagung gut zusammendrückbar sein, andererseits muß seine äußere Oberfläche jedoch ausreichend widerstandsfähig gegen Deformationen beim Wickelvorgang sein. Die Oberfläche kann glatt oder mit Rillen 71 versehen sein, die als Wickeldrahtführung dienen.

Der Querschnitt des Kerns bestimmt weitgehend die Abstände zwischen den aufeinanderfolgenden Abschnitten der Wicklungsleiter, weshalb dieser entsprechend den Polabständen gewählt wird.

Die Wicklungsleiter 73 werden in der in der Fig. 10 gezeigten Weise auf den Kern70 gewickelt. Anschließend wird der bewickelte, in der Fig. 11 mit 74 bezeichnete Kern zwischen zwei erhitzte Platten 75 und 76 gebracht, so daß die in der Fig. 12 dargestellte Ankerscheibe 77 entsteht. Die Geschwindigkeit des Preßvorgangs und die Temperatur der Platten wird so eingestellt, daß der Schmelzvorgang des Kerns erst eintritt, wenn die Wicklung schon beinahe scheibenförmig ist. Ist beispielsweise ein Kern etwa 2 cm dick, so wird der Schmelzvorgang erst eintreten, wenn er einen Durchmesser von etwa 3 mm erreicht hat. Dadurch wird die Wicklung während des Preßvorgangs nicht verschoben, und es ergibt sich, wie die praktische Durchführung dieses Verfahrens bewiesen hat, die in der Fig. 12 gezeigte Verformung. Die angewendete Hitze soll zum Schmelzen des Kernmaterials gerade ausreichen, wodurch dieser zu der gewünschten Scheibe verformt wird und die Wicklung gleichzeitig ausreichend fixiert wird. In den Anwendungsfällen, bei denen die Wicklungsleiter genügend widerstandsfähig sind oder bei denen eine besondere Trägerplatte in den Kern eingebracht ist, ist es möglich, nach der Verformung das Kernmaterial herauszulösen. Der Kern kann Eisenpartikel enthalten, um ihm entsprechende magnetische Eigenschaften zu verleihen, oder er kann mit Versteifungen oder auch mit einem besonderen Kommutator versehen sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von scheibenförmigen Ankern von elektrischen Maschinen, bei denen die wirksamen Abschnitte der Wicklungsleiter annähernd radial verlaufen, unter Verwendung einer Ringkernwickelmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung auf eine ringförmige Scheibe in der Weise aufgebracht wird, daß die Wicklungsleiter vom inneren zum äußeren Umfang geradlinig verlaufen, daß anschließend die Wicklungsleiter auf beiden Seiten der Scheibe mit Formringen, welche eine der Anzahl der Wicklungsleiter entsprechende Anzahl von Stiften aufweisen, in Eingriff gebracht werden und daß schließlich die Formringe die Wicklungsleiter verbiegend gegeneinander verdreht werden.

2. Verfahren zur Herstellung von scheibenförmigen Ankern von elektrischen Maschinen, bei denen die wirksamen Abschnitte der Wicklungsleiter annähernd radial verlaufen, unter Verwendung einer Ringkernwickelmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung auf eine Scheibe, die auf beiden Seiten eine der Anzahl der Wicklungsleiterabschnitte entsprechende Anzahl von Stiften aufweist, derart aufgebracht wird, daß der Wickeldraht unter Ablenkung um die Stifte geführt wird, und daß anschließend die Stifte unter Druck und Wärmebehandlung abgeflacht werden. --

3. Verfahren zur Herstellung von scheibenför-r . .,. migen Ankern von elektrischen Maschinen, bei denen die wirksamen Abschnitte der Wicklungsleiter annähernd radial verlaufen, unter Verwendung einer Ringkernwickelmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung auf einen unter Druck und Wärmeeinwirkung verformbaren Ringkern gewickelt wird, der anschließend zusammen mit der Wicklung zu einer flachen Scheibe verformt wird. . '■''■'

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Scheibe verwendet wird, die am äußeren Umfang Einkerbungen zum Fest- 45^; halten des Wickeldrahtes beim Bewickeln und radial verlaufende Schlitze aufweist, in die der Wikkeldraht beim Verbiegen des Wickeldrahtes gezogen wird. ....,.-. .

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsleiter nach dem Verbiegen unter Wärme- und Druckbeaufschlagung wenigstens teilweise in die aus thermoplastischem Material bestehende Scheibe eingedrückt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bewickelte Scheibe zwischen zwei heißen Platten unter Abplattung der Stifte und wenigstens teilweisem Einbetten der Wicklungsleiter in das thermoplastische Scheibenmaterial gepreßt wird.