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Die
Erfindung betrifft eine Spule mit einer Maschinenlagenwicklung aus
wenigstens einem Draht, wobei die Spule eine Spulenachse aufweist, welche
parallel zur Haupt-Magnetfeldrichtung der stromdurchflossenen Spule
angeordnet ist, wobei der wenigstens eine Draht entlang des Spulenumfanges
bei einer Windung in ersten Bereichen im Wesentlichen normal zur
Spulenachse geführt
ist.
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Spulen
finden zahlreiche Anwendung in elektrischen Bauteilen, beispielsweise
in Transformatoren, Aktuatoren, sowie Stell- und Elektromotoren. Vor
allem die jüngste
Entwicklung im Transportwesen, vor allem im Automobilsektor, verlangt
immer leistungsfähigere
Elektromotoren bei gleichzeitig beschränkten oder immer geringeren
Abmessungen der Elektromotoren.
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Die
Wicklung, also die Gesamtheit der Windungen, von Spulen können auf
unterschiedliche Arten gewickelt werden. Bekannt ist die unregelmäßige Wicklung,
welche auch wilde Wicklung genannt wird, bei welcher nur wenig auf
die Lagepositionierung der einzelnen Windungen geachtet wird und
die Windungen – vor
allem in höheren
Wickellagen – ungeordnet liegen.
Eine weitere mögliche
Wicklung ist die sogenannte schraubenförmige Wicklung. Bei dieser
wird der Draht unter konstantem Vorschub des Wickelarms und konstantem
Versatz des Drahtes gewickelt, wobei ab der zweiten Wickellage es
zu Unregelmäßigkeiten
aufgrund einander sich kreuzender Windungen der momentan gewickelten
Wickellage zur darunterliegenden Wickellage kommt, was hauptsächlich auf
die unterschiedliche Neigung des Drahtes der unterschiedlichen benachbarten
Wickellagen zurückzuführen ist.
Ebenso ist die orthozyklische Wicklung bekannt. Bei diesem Wickelverfahren
wird dabei entlang eines Großteils
des Umfanges ohne Drahtversatz gewickelt und der gesamte Versatz
des Drahtes einer Windung auf einen Teilbereich des Umfanges konzentriert.
Dieses Verfahren stellt die höchsten
Anforderungen an die Wickelmaschine, die Präzision der Wickelmaschine und
stellt auch das langsamste der drei aufgelisteten Wickelverfahren dar.
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Aufgabe
der Erfindung ist es eine Spule der eingangs genannten Art derart
weiterzubilden, dass der Herstellungsprozess beschleunigt und die
Belastung der Wickelmaschine gesenkt werden kann, wobei mit hoher
Präzision
und gleichbleibend reproduzierbaren geringen Fertigungstoleranzen
gefertigt und der Füllgrad
einer Spulenanordnung mehrerer Spulen im elektrischen Bauteil erhöht werden
kann.
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Erfindungsgemäß wird dies
dadurch erreicht, dass entlang des Spulenumfanges wenigstens zwei zweite
Bereiche ausgebildet sind, dass in den zweiten Bereichen der wenigstens
eine Draht zumindest in einer der Windungen jeweils zwischen einem
Ende eines der zweiten Bereiche und dem gegenüberliegenden Ende desselben
zweiten Bereiches einen Versatz parallel zur Spulenachse aufweist,
und dass zwischen jeweils zwei der zweiten Bereiche zumindest einer
der ersten Bereiche ausgebildet ist.
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Dadurch
wird der Versatz des Drahtes parallel zur Spulenachse entlang einer
Windung auf wenigstens zwei zweite Bereiche aufgeteilt, womit die der
Versatz des Drahtes und somit die Breite des Versatzes, in jedem
der zweiten Bereiche verringert wird. Damit wird die Querbeschleunigung
des den Draht führenden
Wickelarms verringert und bei konstanter Umdrehungszahl des Spulenträgers wird
die Belastung der Wickelmaschine redu ziert. Durch die Reduktion
der Belastung der Wickelmaschine kann wiederum während des Wickelvorganges die
Umdrehungszahl gesteigert, mehr Windungen pro Zeiteinheit können gewickelt
und der Herstellungsprozess der Spule kann auf diese Weise weiter
beschleunigt werden. Durch eine Kombination der beiden Effekte, beschleunigte
Herstellung und verringerte Belastung der Wickelmaschine, wird die
Spule weiterhin mit hoher Präzision
und gleichbleibend reproduzierbaren geringen Toleranzen gefertigt.
Die beim Wickelvorgang auftretenden hohen Beschleunigungskräfte des Wickelarms
in der Wickelmaschine werden verringert, womit die Umdrehungszahlen
beim Wickeln erhöht
und der Herstellungsprozess der Spulen beschleunigt wird. Dadurch
kann die Herstellung einer großen
Anzahl von Spulen beschleunigt und die Herstellungskosten können gesenkt
werden. Da dabei der Versatz des Drahtes entlang des Umfangs der Spule
auf mehrere Bereiche aufgeteilt wird, kann auch von geteiltem orthozyklischem
Wickeln von Spulen umfassend einen oder mehreren Drähten gesprochen
werden.
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In
diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine
Draht diesen Versatz in zumindest einem Großteil der Windungen aufweist.
Dadurch kann auch bei einer Vielzahl von Windungen eine Spule mit
geordneten Windungen ausgebildet sein und eine wilde Wicklung kann
auch in höheren
Wickellagen, beispielsweise in Wickellagen ab der sechsten Wickellage,
vermieden werden. Derart können
Leerräume
an der Spule vermieden werden und der Füllgrad kann weiter erhöht werden.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein,
dass zwei der ersten Bereiche diametral gegenüberliegend angeordnet sind.
Dabei können
die Windungen der in beiden diametral gegenüberliegenden ersten Bereichen
in Richtung der Spulenachse versetzt, insbesondere um den Betrag eines
halben Durchmessers versetzt, angeordnet sein. Dies ermöglicht bei
benachbarter Anordnung mehrerer Spulen, dass Erhöhungen der Windungen einer
Spulenaußenseite
der einen Spule in Windungszwischenräume zwischen Windungen der
Spulenaußenseite
der zur einen Spule benachbarten Spule angeordnet werden, sodass
der Abstand zwischen den benachbarten Spulen verringert werden kann
und derart der Füllgrad
von einer Spulenanordnung mehrerer Spulen weiter erhöht werden
kann.
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In
Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Summe
des Versatzes einer Windung entlang des Umfangs der Spule im Wesentlichen
der Breite eines Drahtes oder der Breite der Anzahl der parallel
und gleichzeitig gewickelten Drähte
entspricht. Dadurch kann der Versatz einer Windung in jedem der
wenigstens zwei zweiten Bereiche entlang des Umfangs der Spule im
Wesentlichen auf die Größe des Drahtdurchmessers
geteilt durch die Anzahl der zweiten Bereiche reduziert werden,
die Querbeschleunigung des Wickelarms kann verringert und der Herstellprozess
beschleunigt werden. Insbesondere kann dabei auf das für die Spule zur
Verfügung
stehende Volumen im elektrischen Bauteil in besonderer Weise eingegangen
werden, indem die zweiten Bereiche den individuellen geometrischen
Rahmenbedingungen des elektrischen Bauteils angepasst werden können. Der
Versatz einer Windung kann dabei in den verschiedenen zweiten Bereichen
auch unterschiedlich groß ausgebildet sein,
sodass beispielsweise in einem der zweiten Bereich ein größerer Teil
des Drahtversatzes, also des Versatzes der Windung, und in weiteren
zweiten Bereichen kleinere Teile des Drahtversatzes ausgebildet
sind. Die Kombinationsmöglichkeiten
von Anzahl, Größe und Richtung
des Drahtversatzes in den einzelnen zweiten Bereichen ermöglichen
es dabei, die Spule und die Spulenaußenseite verschiedensten geometrischen
Rahmenbedingungen anzupassen.
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Vorteilhafterweise
kann vorgesehen sein, dass die Windungen auf zumindest einem Träger aufgewickelt
sind, wobei der Träger
Führungen
für eine
innerste Wickellage aufweist. Der Träger kann nach dem Wickeln in
der Spule verbleiben und kann weiters zur Montage und zur Positionierung
der Spule im elektrischen Bauteil genutzt werden. Derart können mittels
der Führungen,
welche insbesondere als Riefen mit einer vorbestimmten Tiefe der
Riefen, einem vorbestimmten Innenradius der Riefen und einem vorbestimmten
Abstand zwischen den Riefen ausgebildet sind, die Windungen der
ersten Wi ckellage mit vorbestimmter Präzision und vorbestimmter Toleranz
gewickelt werden. Fehler und Ungenauigkeiten in der innersten Wickellage,
welche sich auch auf die Präzision
in darauffolgend gewickelten Wickellagen auswirken würden, können derart
vermieden werden. Da sich der Draht durch die Kräfte während des Wickelns nach Möglichkeit
in die der Spulenachse nächstliegenden
Stellen der Führungen legt,
so können
mittels dieser Führungen
Ungenauigkeiten des Wickelarmes ausgeglichen werden, wodurch die
Präzision
und die Reproduzierbarkeit der Spulengeometrie weitere erhöht werden
kann.
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In
diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass der Träger zumindest
in den zweiten Bereichen ausgebildet ist. Dadurch kann der Träger besonders
volumens- und gewichtssparend ausgebildet sein. Im elektrischen
Bauteil, insbesondere im Elektromotor, kann das Gewicht der bewegten
Teile reduziert werden, wodurch sich besseres Beschleunigungsverhalten
der bewegten Teile einstellen kann. Durch die besonders volumensparende
Ausbildung des Trägers,
oder der mehreren Träger,
wenn diese nicht zusammenhängen,
kann das für
jede einzelne Spule im elektrischen Bauteil zur Verfügung stehende
Volumen noch besser genutzt werden und der Füllgrad, definiert als vom Draht
der Spulen genutztes Volumen geteilt durch das für die Spulen zur Verfügung stehende
Volumen, kann weiter erhöht
werden. Durch die Führungen
in den zweiten Bereichen kann der Vorschub des Wickelarms vom zu
wickelnden Versatz des Drahtes in diesen zweiten Bereichen abweichen
und dennoch wird sich der Draht in die Führungen legen, wobei durch
den Träger
und durch die Führungen
im Träger
die Präzision
und die Reproduzierbarkeit der Geometrie der innersten Wickellage
und der Spulengeometrie gewährleistet
ist.
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Weiters
kann vorgesehen sein, dass der Träger mehrstückig aus mehreren voneinander
beabstandeten Einzelträgern
ausgebildet ist. Dabei kann Gewicht, Material und wertvoller Raum
im elektrischen Bauteil eingespart werden. Durch das geringere Gewicht
kann die Reaktionsgeschwindigkeit der Spulenanordnung aus Stromänderungen
weiter erhöht
werden, wodurch sich auch Verbesserungen der Reaktionszeit des gesamten
elektrischen Bauteils ergeben können.
Insbesondere kann Gewicht und Volumen eingespart werden wenn die
Einzelträger
im Wesentlichen lediglich in den mehreren voneinander beabstandeten
zweiten Bereichen ausgebildet sind.
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Die
Erfindung betrifft weiters ein elektrisches Bauteil, insbesondere
Elektromotor, mit einer Spulenanordnung, insbesondere einer ringförmigen Spulenanordnung,
wobei das elektrische Bauteil zumindest eine Spule nach einem der
vorhergehenden Ansprüche
umfasst. Derart können
die Spulen im elektrischen Bauteil noch näher zueinander positioniert werden,
sodass wertvoller Bauraum eingespart, das elektrische Bauteil kleiner
ausgeführt
und/oder die Leistung des elektrischen Bauteils weiter gesteigert werden
kann, wobei der Füllgrad
des elektrischen Bauteils mit Draht weiter erhöht werden kann.
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In
diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass zumindest zwei der
Windungen wenigstens einer der Spulen nach einem der Ansprüche bis in
die von den Windungen einer weiteren Spule gebildeten Windungszwischenräume eingreifen.
Dadurch kann insbesondere bei ringförmigen Spulen das freie Volumen
zwischen den Spulenaußenseiten
benachbarter Spulen weiter verringert und der Füllgrad der Spulenanordnung
kann weiter erhöht
werden.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein,
dass die Spulenaußenseite zumindest
einer der Spulen wenigstens eine Stufe aufweist, wobei die wenigstens
eine Stufe von außenliegenden
Windungen einer unteren Wickellage und einer außenliegenden Windung einer
oberen Wickellage gebildet ist, dass – in einer die Spulenachse enthaltenden
Schnittebene gesehen – eine
Stufenfreifläche
durch die Windungen der Stufe und die äußere Tangente an die Windungen
der Stufe gebildet ist, und dass in eine der wenigstens einen Stufenfreifläche eine
weitere der Spulen eingreift. Derart können auch komplexe Geometrien
des elektrischen Bauteils durch die einzelnen Spulenanordnungen ausgebildet
werden. Insbesonders kann ein besonders kleiner Durchmesser der
ringförmigen
Spulenan ordnung realisiert werden, wobei die Zwischenräume zwischen
den benachbarten Spulen und der Füllgrad der Spulenanordnung
noch weiter erhöht
werden kann.
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In
diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass zumindest zwei benachbarte
der Spulen jeweils eine stufenförmige
Spulenaußenseite
aufweisen, wobei die Stufen der einander zugewandten Spulenaußenseiten
dieser Spulen so angeordnet sind, dass der Abstand der Spulenaußenseiten
im Wesentlichen kleiner oder gleich dem 1,3fachen, vorzugsweise
dem 1,2fachen, insbesondere dem 1,1fachen, des Drahtdurchmessers
ist. Derart sind besonders geringe Leervolumina auch zwischen den benachbarten
Spulen realisierbar, sodass der Füllgrad der Spulenanordnung
weiter erhöht
wird und die Leistungsdichte der Spulenanordnung weiter gesteigert
werden kann.
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In
vorteilhafter Weiterführung
der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Draht bei dem Wickeln
von zumindest einer Mehrzahl der Windungen zumindest einer der Wickellagen
mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit parallel zur Spulenachse
geführt
ist. Derart kann die Wickelgeschwindigkeit, also die gewickelten
Windungen pro Zeiteinheit, weiter erhöht werden, wobei eine die Spulen
eine hohe Präzision
und geringe Toleranzen aufweisen. Die Vorschubgeschwindigkeit des
Wickelarms kann dabei in den ersten Bereichen und in den zweiten
Bereichen im Wesentlichen konstant sein, wodurch die Belastungen
der Wickelmaschine weiter reduziert werden und insbesondere der
Wickelprozess weiter beschleunigt werden kann. Dabei kann der Draht
beim Wickeln durch eine Führungen
in einem Träger
oder durch die führende
Wirkung einer direkt darunterliegenden Wickellage in den ersten
Bereichen ohne Versatz gewickelt werden und in den zweiten Bereichen
mit Versatz gewickelt werden. Derart kann der Versatz des Drahtes
und die Vorschubsgeschwindigkeit der Drahtführung, insbesondere des Wickelarmes,
voneinander abweichen, wobei weiterhin eine Maschinenlagenwicklung
mit hoher Präzision
und geringen Maßtoleranzen
gefertigt werden kann. Damit wird die Querbeschleunigung des den
Draht führenden
Wickelarms verringert und bei konstanter Umdrehungszahl des Spulenträgers wird
die Belastung der Wickelmaschine reduziert. Dies ermöglicht eine
beschleunigte Herstellung und verringerte Belastung der Wickelmaschine,
wobei die Spule weiterhin mit hoher Präzision und gleichbleibend reproduzierbaren
geringen Toleranzen gefertigt werden kann.
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Die
Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen,
in welchen Ausführungsformen
beispielhaft dargestellt sind, näher beschrieben.
Dabei zeigt:
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1 Einen
Teil einer Spule einer ersten Ausführungsform;
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2 zwei
benachbarte Spulen einer zweiten Ausführungsform als einen Teil einer
ringförmigen
Spulenanordnung um eine Zentralachse im Schnitt;
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3 zwei
benachbarte unterschiedliche Spulen einer dritten und vierten Ausführungsform
als einen Teil einer ringförmigen
Spulenanordnung um eine Zentralachse im Schnitt;
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4 eine
schematische Draufsicht auf eine runde Spule einer fünften Ausführungsform;
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5 eine
schematische Draufsicht auf eine viereckige Spule einer sechsten
Ausführungsform;
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6 eine
schematische Draufsicht auf eine sechs eckige Spule einer siebten
Ausführungsform und
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7 eine
schematische Darstellung zweier aufeinanderfolgender Windungen einer
Spule einer achten Ausführungsform.
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8 eine
Spule gemäß der zweiten
Ausführungsform
umfassend einen Draht und zwei Stufen entlang der Spulenhöhe im Schnitt.
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Die 1 bis 8 eigen
bevorzugte Ausführungsformen
einer erfindungsgemäßen Spule 1 mit
einer Maschinenla genwicklung, insbesondere einer Maschinenpräzisionswicklung,
aus wenigstens einem Draht 4, wobei die Spule 1 eine
Spulenachse 11 aufweist, welche parallel zur Haupt-Magnetfeldrichtung
der stromdurchflossenen Spule 1 angeordnet ist, wobei der
Draht 4 entlang des Spulenumfanges bei einer Windung 3 in
ersten Bereichen 12 im Wesentlichen normal zur Spulenachse 11 geführt ist, wobei
entlang des Spulenumfanges wenigstens zwei zweite Bereiche 13 ausgebildet
sind, dass in den zweiten Bereichen 13 der wenigstens eine
Draht 4 zumindest in einer der Windungen 3 jeweils
zwischen einem Ende eines der zweiten Bereiche 13 und dem gegenüberliegenden
Ende desselben zweiten Bereiches 13 einen Versatz 41 parallel
zur Spulenachse aufweist, und dass zwischen jeweils zwei der zweiten Bereiche 13 zumindest
einer der ersten Bereiche 12 ausgebildet ist. Da dabei
der Versatz 41 des Drahtes 4 entlang des Umfangs
der Spule 1 auf mehrere Bereiche, also mehrere zweite Bereiche 13,
aufgeteilt werden kann, kann dabei auch von geteiltem orthozyklischem
Wickeln von Spulen 1 umfassend einen oder mehreren Drähten 4 gesprochen
werden.
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Dabei
wird versucht das vorgegebene Volumen im Stell- oder Elektromotor möglichst vollständig mit
dem die Spule ausbildenden Draht zu befüllen, um die Leistungsdichte
zu erhöhen
und immer leistungsfähigere
Motoren bei gleichbleibenden Abmessungen oder immer kleinere und
leichtere Motoren bei gleichbleibender Leistung auszubilden und
deshalb der Füllgrad
der Spu le, also das Verhältnis
von mit Spulendraht befülltem
Spulenvolumen zum gesamten Spulenvolumen, nach Möglichkeit weiter erhöht werden
soll.
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Das – an sich
bekannte – orthozyklische
Wickeln, also das Wickeln einer Wicklung der Spule 1 mit
einem auf einen Teilbereich des Spulenumfangs beschränkten Bereich
des Versatzes 41 des Drahtes 4 entlang des Spulenumfangs,
also einem zweiten Bereich 13, in welchem der Versatz 41 des
Drahtes ausgebildet ist, ermöglicht
Spulen 1 mit hoher Ordnung der Windungen 3. Wenn
erfindungsgemäß entlang
des Umfang der Spule 1 mehrere, voneinander beabstandete
zweite Bereiche 13, ausgebildet sind und in jedem dieser
Bereiche ein Versatz 41 des Drahtes 4 der Windung 3 ausgebildet
ist, dann kann dies als geteilte orthozyklisches Wickeln bezeichnet werden.
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In
der Wickelmaschine kann einen Träger 2 derart
vorgesehen sein, dass die Windungen 3 auf zumindest einem
Träger 2 aufgewickelt
sind, wobei der Träger 2 Führungen
für eine
innerste Wickellage 31 aufweist. Dabei kann von externem
Wickeln gesprochen werden, da die Spule 1 erst bei der
Montage im elektrischen Bauteil am Spulenkern angebracht wird. Beim
externen Wickeln kann der Draht 4 auf einem Spulenträger aufgewickelt
sein, wobei der Spulenträger
als Träger 2,
welcher auch nach dem Wickeln in der Spule 1 verbleiben
kann, ausgebildet sein kann. Der Spulenträger kann die prä zise Anordnung
der Windungen 3 der innersten Wickellage 31 unterstützen. Der
Spulenträger
kann hierzu an der Fläche,
welche mit der Spuleninnenseite in unmittelbaren Kontakt steht,
eine strukturierte Oberfläche
in Form einer Riffelung aufweisen. In den Riefen der Riffelung können die
einzelnen Windungen 3 der innersten Wickellage 31 beim
Wickeln, sprich während des
Wickelvorganges, geführt
werden. Auf diese Weise können
die Windungen 3 zueinander und zum Spulenträger oder
dem Träger 2 mit
vorbestimmbarer Toleranz angeordnet und eine präzise oder hochpräzise Maschinenlagenwicklung
ermöglicht
werden. Dabei kann der Träger 2 vorteilhafterweise
mehrstückig
aus mehreren voneinander beabstandeten Einzelträgern und/oder mindestens in
den zweiten Bereichen ausgebildet sein. Die Spule 1 umfasst
einen Draht 4, welcher einen Leiter und eine Isolationsschicht,
vorzugsweise eine Lackisolation aufweist. Der Leiter kann Metalle,
insbesondere Aluminium, Kupfer, Silber oder einer Legierung dieser
Metalle, umfassen und gezogen, gegossen oder gewalzt sein. Der Querschnitt
des Drahtes 4 kann rund, elliptisch, rechteckig, quadratisch
oder mehreckig ausgebildet sein. Der Draht 4 kann gezogen,
gewalzt oder gegossen werden.
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Der
Träger 2 kann
aus unterschiedlichen Materialen ausgebildet sein, welche unterschiedliche Oberflächenhärtegrade
aufweisen. Vorteilhafterweise kommen dazu isolierende Materialien,
beispielsweise Kunststoffe, insbesondere Thermoplaste, oder mittels
einer Isolationsschicht beschichtete Metalle zum Einsatz. Die in
dem Träger,
welcher auch mehrstückig
ausgebildet sein kann und insbesondere können mehrere voneinander beabstandete
Einzelträger in
den zweiten Bereichen der Spule 1 ausgebildet sein, ausgebildeten
Führungen
sind derart ausgebildet, dass jede der Windungen 3 der
innersten Wickellage 31, welche eine Spuleninnenseite 14 ausbildet, beim
Wickeln exakt in der Lage positioniert werden, wobei jede Windung 3 in
exakt eine der für
die Windungen 3 ausgebildeten Führungen gewickelt wird. Hierzu
sind die Führungen
insbesondere als konkave Rinnen ausgebildet, welche im Wesentlichen
die Geometrie einer Negativkontur eines Teiles der Außenfläche des
Drahtes 4 aufweist und wobei die Tiefe der Rinnen in etwa
10 bis 30 Prozent des Durchmessers des Drahtes 4 betragen
kann. Alternativ könnte
der Träger 2,
oder die mehreren Einzelträger,
der Spule 1 eine weiche Oberflächenbeschichtung aufweisen, sodass
der Draht 4 beim Wickeln in diese weiche Oberflächenschicht
zumindest zu in etwa 10 bis 30 Prozent des Durchmessers des Drahtes 4 eingedrückt wird
und derart ein seitliches Verrücken
jeder der Windungen 3 beim nachfolgendem Wickeln verhindert
wird. Die exakte und regelmäßige Anordnung jeder
Windung 3 der innersten Wickellage 31 sowohl in
den mehreren ersten Bereichen 12 und in den mehreren zweiten
Bereichen 13 ist von Bedeutung, da sich Positionierfehler
einzelner Windungen 3 auf die regelmäßige Anordenbarkeit und die
regelmäßige Anord nung
der Windungen 3 in den nachfolgend darüberliegenden Wickellagen 31 auswirkt.
Der letztgenannte Effekt tritt oftmals beim Wickeln von Spulen 1 mit
einer Mehrzahl von Wickellagen 31 auf, wobei die inneren,
beispielsweise vier, Wickellagen 31 geordnet gewickelt
werden und aufgrund einer sich von der innersten Wickellage 31 fortpflanzenden
Wickelungenauigkeit ab der beispielsweise fünften Wickellage 31 eine
Unordnung und damit eine wilde Wicklung auftritt. Mit den nachfolgend
beschriebenen Methoden kann das Auftreten dieser wilden Wicklung auch
bei Spulen 1 mit einer größeren Anzahl von Wickellagen 31,
beispielsweise sieben bis zehn Wickellagen 31, insbesondere
auch über
zehn Wickellagen 31, mit technisch einfach zu realisierenden
Mitteln vermieden werden.
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Der
Versatz 41 des Drahtes 4 kann entlang einer Windung 3 auf
mehrere zweite Bereiche 13 aufgeteilt werden, wodurch jeder
Versatz 41 des Drahtes 4 in jedem der zweiten
Bereiche 13 verringert werden kann. Der Versatz 41 des
Drahtes 4 wird ausgebildet durch den Vorschub des Wickelarms
beim Wickelvorgang. Damit kann die Steigung und die Abweichung der
Ausrichtung des Drahtes 4 im zweiten Bereich 13 von
der parallelen Ausrichtung zur Deckfläche 16 und/oder zur
Grundfläche 17 geringer
sein und die Querbeschleunigung des den Draht 4 führenden
Wickelarms kann verringert werden. Bei konstanter Umdrehungszahl
des Trägers 2 wird
die Belastung der Wickelmaschine beim Wickeln deutlich re duziert. Durch
die deutliche Reduktion der Belastung der Wickelmaschine kann wiederum
während
des Wickelvorganges die Umdrehungszahl des Spulenträgers, insbesondere
des Trägers 2,
gesteigert werden und somit können
mehr Windungen 3 pro Sekunde gewickelt und der Herstellungsprozess
der Spule 1 kann beschleunigt werden. Durch eine Kombination
der beiden Effekte, beschleunigte Herstellung und verringerte Belastung
der Wickelmaschine, wird einen optimierter Herstellungsprozess erreicht,
wobei die Spule 1 weiterhin mit hoher Präzision und
gleichbleibend reproduzierbaren geringen Toleranzen gefertigt werden
kann.
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Die
wenigstens zwei zweiten Bereiche 13 können in zumindest einem Großteil der
Windungen 3 und/oder über
eine Vielzahl von Spulen 1 ausgebildet sein. Derart können mehrere
identische Spulen im elektrischen Bauteil, insbesondere im Elektromotor,
angeordnet und zueinander benachbart positioniert werden.
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Der
Draht 4 einer Windung 3 kann in einer ersten Wickellage 31,
insbesondere der innersten Wickellage 31, in einem der
zweiten Bereiche 13 um einen Halbdurchmesser des Drahtes 4 versetzt
werden. In der der ersten Wickellage 31 folgenden Wickellage 31,
also der auf die erste Wickellage 31 gewickelten Wickellage 31,
der zweiten Wickellage 31, kann der Draht 4 im
selben zweiten Bereich 13 ebenfalls um einen Halbdurchmesser
versetzt werden, wobei die Richtung des Versatzes 41 des
Drahtes 4 in der zweiten Wickellage 31 im Wesentlichen
parallel und entgegengesetzt zur Richtung des Versatzes 41 des
Drahtes 4 in der ersten Wickellage 31 ausgebildet
sein kann. Derart kreuzt im zweiten Bereich 13 der Draht 4 einer
Windung 3 der zweiten Wickellage 31 genau einen
Draht 4 einer Windung 3 der benachbart und/oder
angrenzend darunter liegenden ersten Wickellage 31. Dadurch
kann die Präzision
und die Reproduzierbarkeit der Führung
des Drahtes 4 weiter erhöht werden. Die Sicherheit bei
der Führung
des Drahtes 4 kann erhöht
werden, wodurch Fehlstellen – beim
Wickelvorgang beispielsweise entstehend durch ein Verrutschen einer
Windung 3 um einen Drahtdurchmesser – in der Spule 1 und
der Prozentsatz fehlerhafter Spulen 1 verringert werden
können. Der
Draht 4 kann mit kleinerer Querbeschleunigung geführt und
derart ruhiger geführt
werden. Dadurch wird auch die Isolationsschicht des Drahtes 4 beim Wickelvorgang
weniger belastet, wodurch die Anzahl an Fehlstellen in der Isolationsschicht
verringert werden können
und der Prozentsatz von fehlerhaften Spulen 1 und der Ausschuss
weiter verringert werden kann.
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Vorzugsweise
kann die Größe des Versatzes 41 in
sämtlichen übereinanderliegenden
Wickellagen 31 in einem der zweiten Bereiche 13 im
Wesentlichen dem halben Drahtdurchmesser entsprechen. Derart kreuzen
zumindest einige der Windungen 3 sämtlicher Wickellagen 31 zumindest
in einem der zweiten Bereiche 13 jeweils zu mindest eine
der Windungen 3 einer angrenzend benachbart darunterliegenden
Wickellage 31. Insbesondere kann der die Größe des Versatzes 41 des
Drahtes 4 in sämtlichen
zweiten Bereichen 13 im Wesentlichen dem halben Drahtdurchmesser
entsprechen. Dadurch kann für
den Großteil
der Windungen 3 vorgesehen sein, dass sich in jedem zweiten
Bereich 13 und in jeweils zwei aneinander angrenzenden
Wickellagen 31 eine Windung 3 jeweils nur eine
direkt angrenzende, darunterliegende Windung 3 kreuzt.
Bei Verwendung von Draht 4 mit von runden Querschnitt abweichender Geometrie
kann dabei der Draht 4 in zumindest einer Windung 3 in
zumindest einem zweiten Bereich 13 um die Längsachse
des Drahtes 4 verdreht werden. Dadurch kann der Füllgrad der
Spule 1 mit Draht 4 weiter erhöht werden, da der Draht 4 volumenschonend
den Draht 4 der angrenzend darunterliegenden Windung 3 kreuzen
kann und die durch das Kreuzen des Drahtes 4 zweier Wickellagen 31 ausgebildeten Erhöhungen der
Spule 1 im zweiten Bereich 13 verringert werden
können.
Vorteilhafterweise kann dabei der Draht 4 oval, rechteckig
oder insbesondere quadratisch ausgebildet sein. Bei einem Draht 4,
insbesondere einem rechteckigen Draht 4, kann der Draht 4 im
zweiten Bereich 13 um insbesondere eine Vierteldrehung
um die Längsachse
des Drahtes 4 verdreht werden und beim Kreuzen kann eine
der Seitenflächen
des Drahtes 4 über
die Kante des Drahtes 4 der unmittelbar angrenzend darunterliegenden
Wickellage 31 geführt
werden. Derart kann in jeder Wickellage 31 die beim Kreuzen
von Win dungen 3 auftretende Erhöhung der Windungen 3 verringert
werden, womit insbesondere beim Wickeln einer Vielzahl von Wickellagen 31 die
zweiten Bereiche 13 mit hohem Füllgrad mit Draht 4 befüllt werden
können
und das für
die Spulen 1 zur Verfügung
stehende Volumen besser genutzt werden kann.
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Die 1 zeigt
einen Teil einer Spule 1 gemäß einer ersten bevorzugten
Ausführungsform.
Gezeigt sind der Spulendraht 4, die Spulenachse 11,
einer der ersten Bereiche 12, einer der zweiten Bereiche 13,
eine Spulenaußenseite 15,
die äußersten
der Wickellagen 31, die Grundfläche 16, die Deckfläche 17,
die Spulenhöhe 18,
den Träger 2,
den Versatz 41 des Drahtes 4 in den zweiten Bereichen
und eine Vielzahl von Windungen 3 der Spule 1.
Beim Wickelvorgang wird der Draht 4 in die innerste – nicht
sichtbare – Wickellage 31 geführt. In
der – nicht
dargestellten – innersten
Wickellage 31 wird der Draht 4 in den mehreren
ersten Bereichen 12 und den mehreren zweiten Bereichen 13 auf
den Träger 2 gewickelt. Derart
sind die Windungen 3 auf den zumindest einem Träger 2 aufgewickelt,
wobei der Träger 2 – in der 1 nicht
dargestellte – Führungen
für die
innerste Wickellage 31 aufweist. Diese Führungen
unterstützen
die Lagepositionierung der Windungen 3 der innersten Wickellage 31.
Durch die Ausbildung von Führungen
können
Vorschub der Drahtführung, also
beispielsweise des Wickelarms, und der gewickelte Versatz 41 voneinander
abweichen. Dabei kön nen
die Position des geführten
Drahtes 4 und die Lageposition des Drahtes 4 in
der Spule 1 um bis zu einen halben Drahtdurchmesser voneinander
abweichen. Dies ermöglicht
das ein Versatz 41 in einem zweiten Bereich 13 ausgebildet
sein kann, wobei insbesondere der dem Versatz 41 des Drahtes 4 entsprechende
Vorschub der Führung
des Drahtes 4, also des Wickelarmes, über einen größeren Bereich verteilt
werden kann. Der Vorschub der Drahtführung, insbesondere des Wickelarms,
und der Versatz 41 des Drahtes 4 in der Spule 1 können derart
voneinander bis zu einem halben Drahtdurchmesser voneinander abweichen.
Damit kann die Belastung, insbesondere die Belastung durch auftretende
Querbeschleunigungskräfte,
des Wickelarms und der Wickelmaschine verringert werden. Gleichzeitig
kann die Wickelgeschwindigkeit erhöht werden.
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Der
Träger 2 kann
einstückig
oder mehrstückig
ausgebildet sein und kann Kunststoff, Metall, Holz oder Compositwerkstoffe
umfassen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Träger 2 zumindest
in den zweiten Bereichen 13 ausgebildet ist. Dabei können auch
mehrere voneinander beabstandete Träger 2, jeweils in
einem der mehreren zweiten Bereiche 13 vorgesehen sein.
Alternativ kann ein einzelner Träger 2 in
einem einzelnen der zweiten Bereiche 13 vorgesehen sein.
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Die
in 1 dargestellte Spule 1 gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführungsform
ist rechteckig mit zwei diametral gegenüberliegenden ersten Bereichen 12 und
zwei diametral gegenüberliegenden
zweiten Bereichen 13. Im ersten Bereich 12 sind die
Windungen 3 parallel zur Grundfläche 16 und zur Deckfläche 17 geführt und
stehen im Wesentlichen normal zur Spulenachse 11, welche
im Wesentlichen parallel zur Richtung des Hauptmagnetfeldes der stromdurchflossenen
Spule 1 ausgerichtet ist. Im zweiten Bereich 13 ist
der Versatz 41 des Drahtes 4 ausgebildet. Die
Größe des Versatz 41 des
Drahtes 4 in jedem zweiten Bereich 13 kann einer
vorbestimmter Größe entsprechen
und kann insbesondere im Wesentlichen dem Drahtdurchmesser oder
einem Vielfachen des Drahtdurchmessers, jeweils geteilt durch die
Anzahl der entlang des Umfangs der Spule 1 ausgebildeten
Verschubbereiche 13 entsprechen. Ebenfalls kann die Größe des Versatzes 41 des Drahtes 4 in
den einzelnen unterschiedlichen zweiten Bereichen 13 unterschiedlich
groß ausgebildet
sein und/oder – wie
in 1 dargestellt – kann der Versatz 41 des
Drahtes 4 einzelner Windungen 3 auch entlang der
Spulenhöhe 18 in
zumindest einem der zweiten Bereiche 13 variieren. Die
Spule 1 kann auch rund, oval, quadratisch, fünfeckig
und/oder mehreckig ausgebildet sein, wobei an zumindest einer Seitenfläche und/oder
der Spulenaußenseite 15 der Spule 1,
insbesondere auch bei einer runden oder ovalen Spule 1,
mehrere erste Bereiche 12 und zweite Bereiche 13 ausgebildet
sein können.
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Weiters
sind in 1 mehrere äußerste Wickellagen 31 gezeigt.
Da unterschiedliche Wickellagen 31 der Spule 1 als äußerste Wickellage 31 ausgebildet
sind, so ist die Spulenaußenseite 15 stufenförmig ausgebildet
und die Spule 1, welche an der Grundfläche 16 und der Deckfläche 17 eine
unterschiedliche Anzahl von Wickellagen 31 aufweist, kann
als konische Spule 1 bezeichnet werden.
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Bei
elektrischen Bauteilen, welche um eine Achse, eine Zentral- oder
eine Rotationsachse rotierende Teile aufweisen, insbesonders bei
Elektromotoren, werden oftmals konische Spulen 1 verbaut,
da im von der Zentral- oder Rotorachse abgewandten Bereich des Elektromotors,
bedingt durch den größer werdenden
Umfang, mehr Volumen zur Verfügung steht
als im der Zentral- oder
Rotorachse zugewandten Bereich. Die konischen Spulen 1 können im
Außenbereich
mit mehr Wickellagen 31 als im Rotorbereich des Elektromotors
angeordnet sein und derart das für
die Spulen 1 zur Verfügung
stehende Volumen besser nützen.
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Erfindungsgemäße Spulen 1 können mittels eines
Verfahrens zur Herstellung einer Spule 1 mit einer Maschinenlagenwicklung
aus wenigstens einem Draht 4, wobei die Spule 1 eine
Spulenachse 11 aufweist, welche parallel zur Haupt-Magnetfeldrichtung der
stromdurchflossenen Spule 1 angeordnet ist, wobei der wenigstens
eine Draht 4 entlang des Spulenumfanges bei einer Win dung 3 in
ersten Bereichen 12 im Wesentlichen normal zur Spulenachse 11 geführt wird,
wobei entlang des Spulenumfanges bei zumindest einer Windung 3 wenigstens
zwei zweite Bereiche 13 ausgebildet werden, dass in den
zweiten Bereichen 13 der wenigstens eine Draht 4 zumindest einer
der Windungen 3 zwischen einem Ende des zweiten Bereiches 13 und
dem gegenüberliegendem Ende
desselben zweiten Bereiches 13 parallel zur Spulenachse
versetzt wird, und dass zwischen jeweils zwei der zweiten Bereiche 13 zumindest
einer der ersten Bereiche 12 ausgebildet wird. Bei diesem Verfahren
kann der Draht 4 vorteilhafterweise bei dem Wickeln von
zumindest einer Mehrzahl der Windungen 3 zumindest einer
der Wickellagen 31 mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit
parallel zur Spulenachse geführt
werden.
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Die 2 zeigt
zwei Spulen 1 in einer zweiten bevorzugten Ausführungsform,
welche benachbart in einem – nicht
dargestellten – elektrischen
Bauteil angeordnet sind. Hierzu zeigt die 2 zwei benachbarte
Spulen 1 einer zweiten Ausführungsform einer ringförmigen Spulenanordnung
um eine Zentralachse des elektrischen Bauteils im Schnitt, wobei die
ringförmige
Spulenanordnung eine Vielzahl von Spulen 1 umfasst, wobei
die Spulenanordnung zumindest eine erfindungsgemäße Spule 1 umfasst. Die
beiden Spulen 1 sind im Schnitt dargestellt, wobei der
Schnitt durch die ersten Bereiche 12 der Spulen 1 verläuft. Die
Spulen 1 können
rund, oval, rechteckig oder mehreckig ausgebildet sein. Die beiden Spulen 1 zeigen
ein Teilstück
der kreissymmetrischen Anordnung der Spulen 1 im elektrischen
Bauteil, wobei das elektrische Bauteil und die Zentralachse des
elektrischen Bauteils nicht dargestellt sind. Dargestellt sind in
der 2 die Träger 2,
der Draht 4 und die Windungen 3, die ersten Bereiche 12,
die Spuleninnenseite 14, die Spulenaußenseite 15, die Spulenachse 11,
mehrere Wickellagen 31, sowie die Grundfläche 16 und
die Deckfläche 17,
welche die Spulenhöhe 18 bestimmen.
Die Spule 1 in der zweiten bevorzugten Ausführungsform
weist zwei erste Bereiche 12 auf, welche diametral gegenüberliegend und
im Schnitt dargestellt sind und werden von zwei – nicht dargestellten – zweiten
Bereichen 13 unterbrochen. Derart sind bei der Spule 1 in
der zweiten bevorzugten Ausführungsform
zwei zweite Bereiche 13 vorgesehen. Die Windungen 3 jeder
der mehreren Wickellagen 31 sind in den beiden diametral
gegenüberliegenden
ersten Bereichen 12 in Richtung der Spulenachse 11 um
einen halben Drahtdurchmesser versetzt angeordnet. Damit ergibt
sich auch, dass in den beiden diametral gegenüberliegenden ersten Bereichen 12 jeweils
eine unterschiedliche Anzahl von Windungen 3 in derselben
Wickellage 31 ausgebildet sind. Am Beispiel der innersten
beiden Wickellagen 31 der in 2 dargestellten
Spulen 1 wird dies näher
beschrieben: Der Draht 4 wird beim Start des Wickelvorganges
zur innersten Wickellage 31 geführt und die Wicklung beginnt
an der Grundfläche 16 im
rechten der beiden dargestellten ersten Bereiche 12 der
linken Spule 1.
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Zur
einfacheren Unterscheidung wird – ohne Wertung oder Reihung – im weiteren
die in 2 gezeigte linke der beiden Spulen 1 als
erste Spule 111, die rechte der beiden Spulen 1 als
zweite Spule 112, sowie der linke der beiden dargestellten
ersten Bereiche 12 jeder der beiden Spulen 1, 111, 112 als
zweiter erster Bereich 122 und der rechte der beiden ersten
Bereiche 12 der beiden Spulen 1, 111, 112 als erster
erster Bereich 121 bezeichnet und mit dementsprechenden
Bezugszeichen in der 2 gekennzeichnet. Im an den
ersten ersten Bereich 121 angrenzenden zweiten Bereich 13 wird
der Draht 4 der Windung 3 um die Größe des vorbestimmten
Versatzes 41 des Drahtes 4 parallel zur Richtung
der Spulenachse 11 versetzt und im unmittelbar darauffolgenden
ersten Bereich 12, dem zweiten ersten Bereich 122,
wiederum parallel zur Grundfläche 16 und zur
Deckfläche 17 geführt. Die
Summe der Drahtvorschübe
einer Windung 3 kann im Wesentlichen dem Durchmesser des
Drahtes 4 entsprechen. Insbesondere wenn die Spule 1 mit
einer Mehrzahl von Drähten 4 gewickelt
ist, wobei diese Drähte 4 parallel
benachbart und gleichzeitig gewickelt werden, kann die Summe im
Wesentlichen der Summe der Durchmesser der parallel benachbart und
gleichzeitig gewickelten Drähte 4 entsprechen.
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Die
beiden Spulen 1, 111, 112 sind nebeneinanderliegend
angeordnet, wobei die Spulenachsen 11 nicht zusammenfallen.
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Durch
den Versatz 41 des Drahtes 4 parallel zur Richtung
der Spulenachse 11 kann an der Grundfläche 16 und/oder der
Deckfläche 17 im
zweiten ersten Bereiche 122 in der innersten Wickellage 31 eine Lücke 36 ausgebildet
sein. Wie in 2 dargestellt kann vorteilhafterweise
an der Grundfläche 16 und/oder
der Deckfläche 17 jeweils
eine Lücke 36 ausgebildet
sein. Die Breite der beiden Lücken 36 kann
summiert im Wesentlichen dem Drahtdurchmesser entsprechen. Insbesondere
kann die Breite jeder der beiden Lücken 36 in zumindest
einer der Wickellagen 31 im Wesentlichen dem halben Drahtdurchmesser
entsprechen. Derart ist in der innersten Wickellage 31 im
ersten ersten Bereich 121 eine Windung 3 mehr
als im zweiten ersten Bereich 122 ausgebildet. In der auf
die innerste Wickellage 31 folgenden zweiten Wickellage 31,
welche an die innerste Wickellage 31 angrenzt, sind die
Lücken 36 im
ersten ersten Bereich 121 ausgebildet und im zweiten ersten
Bereich 122 ist eine Windung 3 mehr ausgebildet als
im ersten ersten Bereich 121. In der dritten Wickellage 31,
welche unmittelbar auf die zweite Wickellage 31 folgt und
an die zweite Wickellage angrenzt, sind die Lücken 36 wiederum im
zweiten ersten Bereich 122 ausgebildet und im zweiten ersten Bereich 122 ist
eine Windung 3 weniger ausgebildet als im ersten ers ten
Bereich 121. Mit jeder weiteren Wickellage wechselt die
Position der ausgebildeten Lücken 36 vom
ersten ersten Bereich 121 zum zweiten ersten Bereich 122 und
zurück.
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Wenn – nicht
dargestellt – in
jeder Wickellage 31 in jedem der ersten Bereiche 12 genau
eine Lücke 36 ausgebildet
ist, so kann die Lücke 36 ebenfalls
in jeder nächsten
Wickellage 31 im Wesentlichen diametral gegenüberliegend
ausgebildet sein. Die Anzahl der Windungen 3 in den Wickellagen 31 und
den ersten Bereichen 12 bleibt dabei konstant. Beispielsweise
kann die Lücke 36 in
einer Wickellage 31 im ersten ersten Bereich 121 an
der Grundfläche 16,
in derselben Wickellage 31 im zweiten ersten Bereich 122 an
der Deckfläche 17,
in der angrenzend darüberliegenden
anderen Wickellage 31 im ersten ersten Bereich 121 an
der Deckfläche 17 und
in der anderen Wickellage 31 im zweiten ersten Bereich 122 an
der Grundfläche 16 angeordnet
sein.
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Bei
der benachbarten Anordnung mehrerer Spulen 1 im elektrischen
Bauteil, grenzen jeweils der erste erste Bereich 121 einer
Spule 1 an den zweiten ersten Bereich 122 einer
direkt benachbarten anderen Spule 1 und/oder grenzen jeweils
der zweite erste Bereich 122 einer Spule 1 an
den ersten ersten Bereich 121 einer direkt benachbarten
anderen Spule 1. Wie in 2 anhand
der ersten Spule 111 und der zweiten Spule 112 gezeigt
ist, grenzen der erste erste Bereich 121 der ersten Spule 111 und
der zweite erste Bereich 122 der zweiten Spule 112 aneinander. Dadurch
können
Erhebungen der Windungen 3 der obersten Wickellage 31 der
ersten Spule 111 teilweise zwischen Erhebungen der Windungen 3 der obersten
Wickellage der zweiten Spule 112 positioniert werden, wobei
jeweils die Grundflächen 16 und jeweils
die Deckflächen 17 der
Spulen 1 in gleicher Ebene oder insbesondere – wie in
der 2 angedeutet – bei
kreissymmetrischer Anordnung der Spulen 1 an einem kreisförmigen Gehäuse, beispielsweise
einem Stator, in gleicher zentrumssymmetrisch angeordneter Zylinderfläche positioniert
sind. Derart können
die Spulen 1 besonders nahe zueinander angeordnet werden
und das im elektrischen Bauteil für die Spulen 1 zur
Verfügung
stehende Volumen kann von den Spulen 1 noch besser gefüllt und
genutzt werden, wobei dies sowohl bei kreissymmetrischer Anordnung
der Spulen 1, insbesondere der konischen Spulen 1,
als auch bei ebener Anordnung der Spulen 1 der Fall ist.
Die Leistung des elektrischen Bauteils kann bei gleichen Außenabmessungen
erhöht
und/oder die Außenabmessungen
des elektrischen Bauteils können
bei gleicher Leistung verringert werden.
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In
der 8 ist eine Spule 1 gemäß der zweiten
Ausführungsform,
umfassend einen Draht 4 und zwei Stufen 32 entlang
der Spulenhöhe 18,
im Schnitt dargestellt. Die dargestellte Spule 1 umfasst vier
Wickellagen 31, wobei im Bereich der Grundfläche 16 alle
vier Wickel lagen 31 und im Bereich der Deckfläche 17 die
zwei innersten Wickellagen 31 gewickelt sind. Jeweils zwei
benachbarte Windungen 3 einer Wickellage 31 bilden
aufgrund der runden Drahtform einen – von der Spuleninnenseite
abgewandten – Windungszwischenraum 33 aus.
Zur Beschreibung der Form dieses Windungszwischenraums 33 kann
in zwei benachbarte Windungen 3 jeweils ein lokales Koordinatensystem
in den – im Schnitt
dargestellten – Draht 4 dieser
Windungen 3 gelegt werden, wobei der Ursprung der beiden
Koordinatensysteme jeweils mit der Drahtmittelachse der beiden Windungen 3 zusammenfällt und
die x-Achsen der beiden Koordinatensysteme zusammenfallen. Derart
liegen auch die Drahtmittelachsen der beiden benachbarten Windungen 3 auf
einer x-Achse und – ohne
Wertung oder Reihung – können die
beiden Windungen 3 zur besseren Unterscheidung als linke
und als rechte Windung 3 bezeichnet werden. In diesen lokalen
Koordinatensystemen wird jeweils ein den Draht 4 umhüllendes
Quadrat gelegt, wobei die zueinander benachbarten Seitenkanten der
beiden umhüllenden
Quadrate einander berühren
und wobei ein linkes umhüllendes
Quadrat die linke der beiden Windungen 3 und ein rechtes
umhüllendes
Quadrat die rechte der beiden im Schnitt dargestellten Windungen 3 umhüllt. Der – von der
Spulenachse 11 abgewandte – Windungszwischenraum 33 zweier
benachbarter Windungen 3 ergibt sich nun aus der Differenzfläche der
Fläche
des linken Quadrates und der linken Windung 3 im ersten
Quadranten des diesbezüglichen
lokalen Koordinatensystems und aus der Differenzfläche der
Fläche
des rechten Quadrates und der rechten Windung 3 im vierten
Quadranten des diesbezüglichen
lokalen Koordinatensystems.
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In
der 8 sind ebenfalls zwei Stufen 32 dargestellt,
wobei eine Stufe 32 insbesondere als eine Änderung
der Wickellagenanzahl entlang der Spulenhöhe 18 zu verstehen
sein kann. Zur besseren Unterscheidung und ohne Reihung oder Wertung wird
im Weiteren die rechte der beiden dargestellten Stufen 32 als
erste Stufe 321 und die linke der beiden dargestellten
Stufen 32 als zweite Stufe 322 bezeichnet. Die
erste Stufe 321 stellt den Übergang in der Spulenaußenseite 15 von
vier auf drei gewickelten Wickellagen 31 dar und somit
ist die vierte Wickellage 31 der Spule 1 die obere
Wickellage 31 der ersten Stufe 321 und die dritte
Wickellage 31 der Spule 1 die untere Wickellage 31 der
ersten Stufe 321. Die erste Stufe 321 umfasst
eine Windung 3 der vierten Wickellage 31, wobei
diese Windung 3 die von der Grundfläche 16 am weitesten
entfernte Windung 3 der vierten Wickellage ist und in der 8 schraffiert dargestellt
ist. Diese Windung 3 ist die eine außenliegende Windung 3 der
oberen Wickellage 31 der ersten Stufe 321. Der
Abstand der am weitest entfernten Windung 3 der vierten
Wickellage 31 zur Grundfläche 16 bestimmt demnach
den Abstand der ersten Stufe 321 zur Grundfläche 16.
Weiters umfasst die erste Stufe 321 mehrere Windungen 3 der
dritten Wickellage 31 der Spule 1, wobei diese
Wickellage die untere Wickellage 31 der ersten Stufe 321 ausbildet.
Dabei umfasst die erste Stufe 321 sämtliche Windungen 3 der
dritten Wickellage 31 der Spule 1, welche zwischen
der ersten Stufe 321 und der zweiten Stufe 322 ausgebildet
sind. Die von der Grundfläche 16 am weitesten
entfernte Windung 3 der dritten Wickellage 31 der
Spule 1 wird sowohl von der ersten Stufe 321 als
auch von der zweiten Stufe 322 umfasst, da diese Windung 3 nämlich auch
die eine Windung der oberen Wickellage 31 der zweiten Stufe 322 ausbildet. Die
obere Wickellage 31 der zweiten Stufe 322 ist derart
durch die dritte Wickellage 31 der Spule 1 ausgebildet.
Die zweite Stufe 322 ist entlang der Spulenhöhe 18 derart
der, insbesondere sprungartige, Übergang
von drei zu zwei Wickellagen 31 der Spule 1. Da
zwischen der zweiten Stufe 322 und der Deckfläche 17 keine
weitere Stufe 32 ausgebildet ist, so umfasst die zweite
Stufe neben der einen – am
weitest zur Grundfläche 16 beabstandeten
Windung 3 der dritten Wickellage 31 – sämtliche
außenliegenden Windungen 3 der
zweiten Wickellage 31. Diese außenliegenden Windungen 3 der
zweiten Wickellage 31 sind jene Windungen 3 der
zweiten Wickellage 31, von denen der Abstand zur Grundfläche 16 größer als
der Abstand der zweiten Stufe 322 zur Grundfläche 16 ist
und daher keine weitere Wickellage 31 oberhalb dieser Windungen 31 ausgebildet
ist. Durch jede der – im
Schnitt dargestellten – Stufen 32, 321, 322 wird
eine Stufenfreifläche 34 aufgespannt,
wobei jede Stufenfreifläche 34 zu
einer der Stufen 32, 321, 322 zuordenbar
ist und daher eine erste Stufenfreifläche 341 in Bereich
der ersten Stufe 321 und eine zweite Stufenfreifläche 342 im
Bereich der zweiten Stufe 322 ausgebildet ist. Die erste
Stufenfreifläche 341 ergibt
sich dabei aus der Fläche
zwischen der in Richtung der Spulenaußenseite 15 weisenden
Umrisslinie der Windungen 3 der ersten Stufe 321 und einer
außenseitigen
Tangente 35 dieser Windungen 3. Die zweite Stufenfreifläche 342 ergibt
sich dabei aus der Fläche
zwischen der in Richtung der Spulenaußenseite 15 weisenden
Umrisslinie der Windungen 3 der ersten Stufe 322 und
einer äußere Tangente 35 dieser
Windungen 3. Die äußere Tagente 35 der Windungen 3 der
ersten Stufe 321 und die außenseitige Tangente 35 der
Windungen 3 der zweiten Stufe 322 müssen dabei
nicht zwangsweise zusammenfallen, können – wie dies in der 8 dargestellt
ist – jedoch
zusammenfallen, sodass alle Stufen 32, 321, 322 einer
Spule 1 eine gemeinsame äußere Tangente 35 aufweisen
können.
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In 2 ist
eine Vielzahl von Windungen 3 dargestellt, wobei zumindest
zwei der Windungen 3 wenigstens einer erfindungsgemäßen Spule 1 in
die von den Windungen 3 einer weiteren Spule 1 gebildeten
Windungszwischenräume 33 eingreifen.
Diese eingreifenden Windungen 3, welche im weiteren zur besseren
Unterscheidung und ohne Wertung als Grenzwindungen 37 bezeichnet
werden, sind Windungen 3 einer Spule 1, beispielsweise
der ersten Spule 111, welche mit Windungen 3 einer
unmittelbar benachbarten Spule 1, beispielsweise der zweiten Spule 112,
in Kontakt stehen. Anhand der Anordnung zweier aneinandergrenzender
Grenzwindungen 37 benachbarter Spulen 1 zueinander,
ist die vorteilhafte Anordnung der Windungen 3 in den ersten
Bereichen 12 jeder Spule 1 dargestellt: Dadurch,
dass die Windungen 3 einer Wickellage 31, insbesondere
der äußersten
Wickellage 31, im ersten ersten Bereich 121 zu
den Windungen 3 im zweiten ersten Bereich 122 in
parallel zur Richtung der Spulenachse 11 um einen halben
Drahtdurchmesser zueinander versetzt angeordnet sind, können die
Grenzwindungen 37 des ersten ersten Bereiches 121 der
ersten Spule 111 zwischen den Windungen 3 des
zweiten ersten Bereiches 122 der zweiten Spule 112 angeordnet
werden, wobei die Grenzwindungen 37 der einen Spule 1 in Windungszwischenräume 33 der
benachbarten anderen Spule 1 eingreifen und/oder eindringen
können.
Derart können
die benachbarten Spulen 1 näher zueinander angeordnet werden.
Es können
die Grenzwindungen 37 der einen Spule 1 in Windungszwischenräume 33 der
Spulenaußenseite 15 angeordnet
sein und somit kann der für
die Anordnung der Spulen 1, 111, 112 im
elektronischen Bauteil notwendige Abstand zwischen zwei Spulenachsen 11 kann um
bis zu einen halben Drahtdurchmesser verringert werden. Dadurch
ergeben sich bei der Anordnung einer Vielzahl von Spulen 1 im
elektrischen Bauteil deutlich geringere Außenabmessungen des Bauteiles
bei konstanter Spulengröße, gleicher
Spulenanzahl, gleicher gesamter Drahtlänge der Spulen 1 und konstanten
elektrischen Eigenschaften des elektrischen Bauteiles. Bei gleicher
Bauteilgröße können mehr
Wickellagen 31 im selben Volumen ausgebildet sein und damit
kann in einem elektrischen Bauteil gleicher Außenabmessungen mehr Draht 4 ausgebildet
sein, wodurch die Leistung des elektrischen Bauteiles, insbesondere
des Elektromotors, gesteigert werden kann.
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Die 3 zeigt
zwei benachbarte unterschiedliche Spulen 1 einer dritten
und vierten Ausführungsform
einer Spulenanordnung um im Schnitt, wobei die insbesonders ringförmige Spulenanordnung
eines nicht dargestellten elektrischen Bauteils eine Vielzahl von
Spulen 1 umfasst. Dargestellt sind zwei unterschiedliche
Ausführungsformen
der Spule 1, welche alternierend benachbart angeordnet
sind. Die in der Ansicht dargestellt linke der beiden Spulen 1 wird – zur besseren
Unterscheidung und ohne Reihung oder Wertung – als erste Spule 111 und
die rechte der beiden Spulen 1 wird als zweite Spule 112 bezeichnet.
Für diese,
kreisförmige,
ovale, rechteckige oder insbesondere ringförmige Spulenanordnung umfassend
einer Mehrzahl von Spulen 1 zumindest zweier unterschiedlicher
Ausführungsformen
von Spulen 1 kann deshalb auch von der gleichzeitigen Verwendung
eines Spulentyps „A", beispielsweise die
erste Spule 111, und eines Spulentyps „B", beispielsweise die zweite Spule 112,
gesprochen werden. Um komplexere und/oder von der Kreisform ab weichende
Geometrien darzustellen, können
auch drei oder mehr Ausführungsformen
der Spulen 1, 111, 112 parallel verwendet
werden. Diese Spulenanordnung kann in einem elektrischen Bauteil,
insbesondere Elektromotor, mit einer Spulenanordnung, insbesondere
einer ringförmigen
Spulenanordnung, wobei das elektrische Bauteil zumindest eine erfindungsgemäße Spule 1 umfasst.
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Die
beiden voneinander verschiedenen Spulen 1, 111, 112 sind
nebeneinanderliegend angeordnet, wobei die Spulenachsen 11 nicht
zusammenfallen.
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Dargestellt
sind in 3 zwei Spulen 1, 111, 112 einer
möglichen
Spulenanordnung in unterschiedlichen Ausführungsformen der Spule 1.
Die einzelnen Windungen 3 sind in dieser schematischen Darstellung
nicht dargestellt, wohl aber sind die einzelnen Wickellagen 31 dargestellt,
wobei diese durch parallele Linien voneinander getrennt sind. Weiters ist
der Träger 2,
die Spuleninnenseite 14, die Spulenaußenseite 15, die Grundfläche 16,
die Deckfläche 17 und
die Spulenhöhe 18 dargestellt.
Die erste Spule 111 weist maximal neun Wickellagen 31 auf.
Die zweite Spule 111 weist maximal acht Wickellagen 31 auf.
Die Maximalzahl der Wickellagen 31 ist in beiden Spulen 1, 111, 112 im
Bereich der Grundfläche 16 angeordnet.
Derart kann ein elektrisches Bauteil ausgebildet sein, wobei die
Spulenaußenseite 15 zumindest
einer der Spulen 1 wenigstens eine Stufe 32 aufweist,
wobei die wenigstens eine Stufe 32 von außenliegenden
Windungen 3 einer unteren Wickellage 31 und einer
außenliegenden
Windung 3 einer oberen Wickellage 31 gebildet
ist, dass – in
einer die Spulenachse 11 enthaltenden Schnittebene gesehen – eine Stufenfreifläche 34 durch
die Windungen 3 der Stufe 32 und die äußere Tangente 35 an
die Windungen 3 der Stufe 32 gebildet ist, und
dass in eine der wenigstens einen Stufenfreifläche 34 eine weitere der
Spulen 1 eingreift. Die in die Stufenfreifläche 34 eingreifenden
Bereiche außenliegender
Windungen 3 sind in einigen Wickellagen 31 ausgebildet
und sind in 3 schraffiert dargestellt. Diese
schraffierten Bereiche werden im weiteren als Überschneidungsbereiche 38 bezeichnet.
Diese in der 3 dargestellten Überschneidungsbereiche 38 sind
also jene Windungen 3 einer Spule 1, 111, 112,
welche in die Stufenfreiflächen 34 der
zur einen jeweiligen benachbarten Spule 1, 111, 112 eingreifen
können.
Die Unterschiede zwischen erster Spule 111 und zweiter Spule 112 sind
besonders in der Mitte in der 3 erkennbar,
in welchem die beiden abgebildeten Spulen 1, 111, 112 benachbart
aneinander grenzen. Beginnend an der Grundfläche 16 der ersten
Spule 111 sind einige Windungen 3 der neunten
Wickellage 31, welche die äußerste Wickellage 31 in
diesem Bereich der ersten Spule 111 darstellt, ausgebildet.
Eine Stufe 32, die zur Grundfläche 16 nächstliegende
Stufe 32, welche im weiteren als erste Stufe 32 der
ersten Spule 111 bezeichnet wird, begrenzt die zur Deckfläche 17 hin
offene neunte Wickellage 31 der ersten Spule 111.
Weiter entlang der Spulenaußenseite 15 in
Richtung zur Deckfläche 17 sind
ist eine zweite Stufe 32 der ersten Spule 111 ausgebildet.
Zwischen erster und zweiter Stufe 32 sind in der ersten
Spule 111 acht Wickellagen 31 übereinander ausgebildet und
die achte Wickellage bildet in diesem Bereich der Spulenhöhe 18 die äußerste Wickellage 31.
Am zur Deckfläche 17 hin
offenen Ende der achten Wickellage 31 der ersten Spule 111 ist
die dritte Stufe 32 ausgebildet. Zwischen dritter und zweiter
Stufe 32 sind in der ersten Spule 111 sieben Wickellagen 31 übereinander
ausgebildet und die siebente Wickellage bildet in diesem Bereich
der Spulenhöhe 18 die äußerste Wickellage 31.
Am zur Deckfläche 17 hin
offenen Ende der siebten Wickellage 31 der ersten Spule 111 ist
die vierte Stufe 32 der ersten Spule 111 ausgebildet.
Zwischen dritter und vierter Stufe 32 sind in der ersten
Spule 111 sechs Wickellagen 31 übereinander ausgebildet
und die sechste Wickellage bildet in diesem Bereich der Spulenhöhe 18 die äußerste Wickellage 31.
Ab der vierten Stufe 32 sind fünf Wickellagen 31 übereinander
ausgebildet und die fünfte
Wickellage 31 bildet zwischen vierter Stufe 32 und
der Deckfläche 17 die
Spulenaußenseite 15 der
ersten Spule 111 aus.
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Ähnlich die
Anordnung bei der zweiten Spule 112, welche gemäß der 3 eine
zur ersten Spule 111 unterschiedliche Spule 1 darstellt.
Im Bereich der Deckfläche 16 sind
acht Wickellagen 31 übereinander
ausgebil det und die achte Wickellage 31 bildete in diesem
Bereich die Spulenaußenseite 15 der
zweiten Spule 112. Ab der zur Grundfläche 16 nächstliegenden
Stufe 32 der zweiten Spule 112, also einer ersten
Stufe 32 der zweiten Spule 112, sind sieben Wickellagen 31 übereinander
ausgebildet und die Spulenaußenseite 15 wird
in diesem Bereich der zweiten Spule 112 durch die siebente
Wickellage 31 ausgebildet. Am zur Deckfläche 17 der
zweiten Spule 112 hin offenen Ende der siebten Wickellage 31 der zweiten
Spule 112 ist die zweite Stufe 32 der zweiten Spule 112 ausgebildet.
Am zur Deckfläche 17 der zweiten
Spule 112 hin offenen Ende der sechsten Wickellage 31 der
zweiten Spule 112 ist die dritte Stufe 32 der
zweiten Spule 112 ausgebildet. Zwischen zweiter und dritter
Stufe 32 der zweiten Spule 112 sind sechs Wickellagen 31 übereinander
gewickelt und die Spulenaußenseite 15 ist
in diesem Bereich durch die sechste Wickellage 31 ausgebildet.
Ab der dritten Stufe 32 der zweiten Spule 112 sind
fünf Wickellagen 31 übereinander
gewickelt und die Spulenaußenseite 15 ist
zwischen der dritten Stufe 32 und der Deckfläche 17 durch
die fünfte
Wickellage 31 ausgebildet.
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Die
erste Spule 111 und die zweite Spule 112 unterscheiden
sich somit in der Anzahl der maximalen Wickellagen und in der Anzahl
der entlang der Spulenhöhe
ausgebildeten Stufen 32. Die Position der einzelnen Stufen 32 ist
ebenfalls unterschiedlich. Den geringsten Abstand zur Grundfläche 16 weist
die erste Stufe 32 der ersten Spule 111 auf. Den
zweitgeringsten Abstand zur Grundfläche 16 weist die zweite Stufe 32 der
ersten Spule 111 auf. Den drittgeringsten Abstand zur Grundfläche 16 weist
die erste Stufe 32 der zweiten Spule 112 auf.
Den viertgeringsten Abstand zur Grundfläche 16 weist die zweite
Stufe 32 der zweiten Spule 112 auf. Den fünftgeringsten
Abstand zur Grundfläche 16 weist
die dritte Stufe 32 der ersten Spule 111 auf.
Den sechstgeringsten Abstand zur Grundfläche 16 weist die vierte
Stufe 32 der ersten Spule 111 auf. Den siebentgeringsten
und sogleich größten Abstand
zur Grundfläche 16 weist
die dritte Stufe 32 der zweiten Spule 111 auf.
Die erste Stufe 32 der zweiten Spule 112 greift
bei dieser vorteilhaften Anordnung der benachbarten Spulen 1, 111, 112 in
die Stufenfreifläche 34 der
zweiten Stufe 32 der ersten Spule 111 ein. Die
dritte Stufe 32 der ersten Spule 111 greift in
die Stufenfreifläche 34 der zweiten
Stufe 32 der zweiten Spule 112 ein. Und die dritte
Stufe 32 der zweiten Spule 112 greift in die Stufenfreifläche 34 der
vierten Stufe 32 der ersten Spule 111 ein. Die
Stufenfreiflächen 34 können derart
besser genutzt werden und teilweise mit Draht 4 befüllt werden,
womit ein höherer
Füllgrad
der Spulenanordnung ermöglicht
wird und die Leistungsdichte der Spulenanordnung und des die Spulenanordnung
umfassenden – nicht
dargestellten – elektrischen
Bauteiles erhöht
werden kann.
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Dabei
können
die erste Spule 111 und die zweite Spule 112 insbesondere
auch mehrere zweite Bereiche 13 aufweisen, also geteilten
orthozyklisch gewickelt werden. Derart kann die jeweils letzte Windung 3 der
in 3 abgebildeten Überschneidungsbereiche 38 einer
Spule 1 in die Windungszwischenräume 33 zwischen zwei
benachbarten Windungen 3 der Spulenaußenseite 15 der benachbarten
Spule 1 angeordnet werden, sodass der Abstand benachbarter
Spulen 1 in der Spulenanordnung weiter verringert werden
kann und der Füllgrad
der Spulenanordnung erhöht
werden kann.
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In
diesem Zusammenhang sind besondere Rahmenbedingungen für den Versatz 41 des
Drahtes 4 vorteilhafterweise zu berücksichtigen. Einerseits können zur
Erhöhung
des Füllgrades
der Spulenanordnung die ersten Bereiche 12 zweier benachbart aneinandergrenzender
Spulen 1 um einen halben Durchmesser des Drahtes 4 zueinander
versetzt gewickelt sein, wie dies in 2 dargestellt
und weiter oben beschrieben ist. Dies hat zur Folge, dass vorteilhafterweise
der Draht 4 im Wesentlichen jeder Windung 3 diametral
gegenüberliegende
erste Bereiche 12 – wenn
in der Spulenanordnung zur angrenzend benachbarten Anordnung mit
weiteren Spulen 1 vorgesehen – um einen halben Durchmesser
oder um ein Vielfaches und einen halben Durchmesser des Drahtes 4 versetzt,
also in Richtung des Versatzes 41 des Drahtes 4 vorgeschoben,
positioniert sind. Andererseits kann die Summe der Vorschübe in den
mehreren Bereichen 13 ent lang des Umfangs der Spule 1 zur
Wicklung mehrere Drähte 4 auch
größer als
ein Durchmesser des Drahtes 4 sein und insbesondere im
Wesentlichen dem zwei- oder dreifachen des Durchmessers des Drahtes 4 entsprechen. Daraus
ergeben sich einige besonders vorteilhafte Kombinationen aus der
Anzahl der gewickelten Drähte 4,
der Anzahl der zweiten Bereiche 13 entlang des Umfanges
der Spule 1 und dem Versatz 41 des Drahtes 4 um
einen halben Durchmesser des Drahtes 4 oder um ein Vielfaches
und einen halben Durchmesser des Drahtes 4 diametral gegenüberliegender
erster Bereiche 12.
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Im
Fall einer Spule 1 umfassend einen Draht 4 sind
vorteilhafterweise zwei zweite Bereiche 13 ausgebildet,
wobei in jedem zweiten Bereich 13 der Versatz 41 des
Drahtes 4 zwischen dem einen Ende des jeweiligen zweiten
Bereiches 13 und dem anderen Ende des jeweiligen zweiten
Bereiches 13 im Wesentlichen dem halben Durchmesser des
Drahtes 4 entspricht. Vorteilhafterweise sind derart im
Wesentlichen die Windungen 3 in den beiden, insbesondere
diametral gegenüberliegenden,
ersten Bereichen 12 um einen halben Durchmesser des Drahtes 4 versetzt
und die Summe des Drahtversatzes entlang des Umfanges der Spule 1 entspricht
im Wesentlichen einem Durchmesser des Drahtes 4. Im Fall
einer Spule 1 umfassend zwei Drähte 4 können insbesondere
zwei zweite Bereiche 13 ausgebildet sein, wobei im einen
der beiden zweiten Bereiche 13 im Wesentlichen der Versatz 41 des
Drahtes 4 zwischen dem einen Ende des zweiten Bereiches 13 und
dem anderen Ende des zweiten Bereiches 13 in etwa dem eineinhalbfachen
Durchmesser des Drahtes 4 entspricht und im anderen der
beiden zweiten Bereiche 13 im Wesentlichen der Versatz 41 des Drahtes 4 zwischen
dem einen Ende des zweiten Bereiches 13 und dem anderen
Ende des zweiten Bereiches 13 in etwa dem halben Durchmesser
des Drahtes 4 entspricht. Vorteilhafterweise sind derart im
Wesentlichen die Windungen 3 in den beiden, insbesondere
diametral gegenüberliegenden,
ersten Bereichen 12 derart zueinander versetzt und die Summe
des Drahtversatzes, also des Versatzes 41 des Drahtes 4,
entlang des Umfanges der Spule 1 entspricht im Wesentlichen
der Anzahl der gewickelten Drähte 4 multipliziert
mit dem Durchmesser des Drahtes 4, wobei die beiden gewickelten
Drähte 4 insbesondere
den gleichen Durchmesser aufweisen. Anstatt in dem einen zweiten
Bereich 13 den Versatz 41 des Drahtes 4 entsprechend
dem Eineinhalbfachen des Durchmessers des Drahtes 4 auszubilden, können in
diesem Bereich auch drei zweite Bereiche 13 vorgesehen
sein, wobei in jedem dieser drei zweiten Bereiche 13 der
Versatz 41 des Drahtes 4 im Wesentlichen dem halben
Drahtdurchmesser entspricht. Weitere vorteilhafte Kombinationsmöglichkeiten
ergeben sich mit drei oder mehr gleichzeitig gewickelten Drähte 4 und
einer entsprechenden Anzahl von zweiten Bereichen, wobei in vorteilhafter
Weise die Windungen 3 einer Wickellage 31 insbesondere
diametral gegenüberliegender
erster Bereiche 12 zueinander um ein Vielfaches und ein
Halbes des Durchmessers des Drahtes 4 versetzt ausgebildet
sind und wobei in vorteilhafter Weise die Summe des Versatzes, also
die Summe des Versatzes, einer Windung 3, also entlang
des Umfanges der Spule 1, im Wesentlichen der Breite eines
Drahtes 4 oder der Breite der Anzahl der parallel und gleichzeitig
gewickelten Drähte 4 entspricht.
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Eine
derart exakte Positionierung jeder einzelnen Windung 3 der
Spulen 1 und/oder der zueinander verschiedenen Spulen 1 in
einer Spulenanordnung ist mit den bekannten Wickelmethoden nicht
realisierbar. Besonders wenn mehrere zueinander isolierte und an
zueinander an unterschiedlichen Stromkreisen hängenden Drähten 4 gewickelt wird
und deshalb ein Versatz 41 des Drahtes 4 entlang
des Umfangs der Spule 1 größer als einem Durchmesser des
Drahtes 4 gewickelt werden muss, sind diese Genauigkeiten
nicht oder nur mit hohem wickeltechnischem Aufwand und/oder geringen
Wickelgeschwindigkeiten realisierbar. Das Aufteilen des Versatzes 41 auf
mehrere Bereiche, also das vorsehen von mehreren zweiten Bereichen 13,
entlang des Umfangs der Spule 1 ist daher besonders vorteilhaft. Wenn
in jedem der mehreren zweiten Bereiche 13 der Versatz 41 des
Drahtes 4 im Wesentlichen einen halben Versatz 41 des
Drahtes 4 beträgt,
dann tritt insbesondere ein Effekt auf, welcher als Drahtautopositionierung
bezeichnet werden kann, wobei das momentan gewickelte Stück des Drahtes 4 im
Wesentlichen sich von selbst – aufgrund der
beim Wickeln auftretenden Zugkräfte – in die
Vertiefungen zwischen zwei benachbarten Drähten 4 der direkt
unter diesem Stück
des Drahtes 4 liegenden Windungen 3 der nächsttieferen
Wickellage 31 positioniert. Der besonders vorteilhafte
Effekt der Drahtautopositionierung kann insbesondere dabei auch
dann auftreten, wenn der Wickelarm anstatt einer ruckartigen Bewegung
zum Wickeln des Versatzes 41, also dem Vorschub des Wickelarms,
eine gleichmäßige Vorschubsbewegung
ausführt,
wobei diese Methode der Führung
des Drahtes als der Wickelmethode einer schraubenförmig gewickelten
Spule 1 entspricht. Dabei kann am einen ersten Ende des
jeweiligen zweiten Bereichs 13 das momentan gewickelte
Stück des Drahtes 4 bis
zu einem Drittel des Durchmessers des Drahtes 4 in Wickelrichtung
vorauseilen und dem anderen zweiten Ende des jeweiligen zweiten
Bereiches 13 das momentan gewickelte Stück des Drahtes 4 bis
zu einem Drittel des Durchmessers des Drahtes 4 entgegen
der Wickelrichtung hinterhereilen. Dennoch wird sich der Draht 4 im
jeweiligen zweiten Bereich 13 der momentan gewickelten
Wickellage 31 in der richtigen Vertiefung der nächsttieferen
Wickellage 31 auto-, also von selbst, positionieren. Auch
beim gleichzeitigen Wickeln mehrerer paralleler Drähte 4 kann
dieser Drahtautopositionierungseffekt in vorteilhafter Weise zur
Verbesserung und zur Vereinfachung des Wickelns verwendet werden.
Da dabei der Wickelarm im Wesentlichen mit gleichmäßiger Geschwindigkeit
in Richtung des Versatzes des Drahtes bewegt wird, kann die Belastung des
Wickelarmes und der Wickelmaschine wesentlich verringert werden.
Gleichzeitig kann die Wickelgeschwindigkeit weiter erhöht werden.
Alternativ kann eine Mischung aus ruckartiger Wickelarmbewegung – ähnlich wie
der Methode zum orthozyklischen Wickeln – und aus gleichförmiger Wickelarmbewegung – ähnlich wie
der Methode zum schraubenförmigen
Wickeln – vorgesehen
sein. Auch hierbei kann die Belastung des Wickelarmes bei gleichzeitiger
Erhöhung
der Wickelgeschwindigkeit und der Präzision der Positionierung der
Windungen 3 verringert werden.
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Die 4 bis 6 zeigen
schematisch unterschiedliche Ausführungsformen und unterschiedliche
Spulengeometrien der Spule 1, sowie unterschiedliche Anordnungen
der mehreren zweiten Bereiche 13 und der mehreren erste
Bereiche 12.
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Die 4 zeigt
eine runde Spule 1 mit zwei zweiten Bereichen 13 und
zwei ersten Bereichen 12 entlang des Umfangs der Spule 1.
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Die 5 zeigt
eine rechteckige, viereckige Spule 1, welche jeweils zwei
erste Bereiche 12 und zwei zweite Bereiche 13 aufweist.
An zumindest einer der Seitenflächen
der rechteckigen Spule 1 können auch mehrere erste Bereiche 12 und/oder
mehrere zweite Bereiche 13 ausgebildet sein.
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Die 6 zeigt
eine sechseckige Spule 1, wobei drei der sechs Seitenflächen der
Spule 1 als erste Bereiche 12 und drei der sechs
Seitenflächen der
Spule 1 als zweite Bereiche 13 ausgebildet sind.
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Die 7 zeigt
schematisch zwei volle Windungen 3 einer rechteckigen Spule 1 einer
siebten Ausführungsform.
Dargestellt sind die Spulenachse 11, den Draht 4,
zwei volle Windungen 3 der die Spule 1 ausbildenden
Wicklung, zwei erste Bereiche 12 und zwei zweite Bereiche 13 sowie
eine Ebene normal zur Spulenachse 11, die Spulenachsennormalebene 19.
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Die
beiden in 7 gezeigten Windungen 3 umfassen
Draht 4 in den beiden ersten Bereichen 12, welcher
parallel zur Spulenachsennormalebene 19 gerichtet ist und
Draht 4 in den beiden zweiten Bereichen 13, wobei
in den beiden zweiten Bereichen 13 der Versatz 41 des
Drahtes 4 ausgebildet ist und der Draht 4 derart
versetzt zur Spulenachsennormalebene 19 angeordnet ist.
In 7 beträgt
der Drahtversatz einen halben Drahtdurchmesser in jedem der beiden
zweiten Bereiche 13. Spulen 1 gemäß der in 2 dargestellten
Spulen 1 einer zweiten Ausführungsform können eine
derartige Anordnung von Windungen 3, der Ausrichtung des
Drahtes 4 in den ersten Bereichen 12 und der Größe des Versatzes 41 des
Drahtes 4 in den zweiten Bereichen 13 aufweisen.
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Weitere
erfindungsgemäße Ausführungsformen
weisen lediglich einen Teil der beschriebenen Merkmale auf, wobei
jede Merkmalskombination, insbesondere auch von verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen,
vorgesehen sein kann.