DE2155661A1

DE2155661A1 - Elektrische Spule und Verfahren zu ihrer Herstellung

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Publication number: DE2155661A1
Application number: DE19712155661
Authority: DE
Inventors: Stephen Mountain Lakes N.J. Horbach (V.StA.)
Original assignee: Electronic Associates Inc
Current assignee: Electronic Associates Inc
Priority date: 1970-11-09
Filing date: 1971-11-09
Publication date: 1972-05-25
Also published as: GB1342376A; FR2113706A5; US3675174A; CA932044A

Description

Dr. phiL G. B. HAGEN ί 1 R R R K

Patentanwalt ^{£ f} ° ° ° ° '

HüOO MÖNCHEN 71 (SoIIn)

Franz-Hals-Straße 21

Telefon 796213

EA 2983 München, 8. November 1971

sch

Electronic Associates, Inc.

Vest Long Branch, New Jersey, V.St.A.

Elektrische Spule und Verfahren zu ihrer Herstellung

Priorität; 9- Nov. 1970; V₀St.A.; Nr. 87 736

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine elektrische Spulenanordnung und auf ein Verfahren zum Herstellen derselben und insbesondere auf eine Spulenanordnung, die als Teil des Ankers einer in Schlagdruckern von Computern benutzten Hammeranordnung eines Elektromagneten Verwendung findet.

Elektrische Spulen zur Befestigung auf einem Magnetkern (oder Anker) sind bereits als Elektromagnete in Schlagdruckern verwendet worden. Wenn der Elektromagnet aktiviert ist, zieht er einen beweglichen Polschuh an, der wiederum über eine Reihe von Hebeln bewirkt, d<»ß der ausgewählte Buchs Labe anschlägt und auf Papier abgedruckt wird. Jedem Zeichen auf der Typentrommel ist eine getrennte Elektroniagriethnmraeranordnung zugeordnet. Bei sich immer weiter erhöhenden Druckgeschwindigkeiten - es werden bereits jOOO Zeilen pro Minute erreicht - arbeiten die Druckerspulen unter erschwerten Umgebungfibediugungen. D<i es sich um eine; große Anzahl von Spulen handelt, ist es wichtig, daß die Kosten jeder Spule so niedrig wie miigLich gehalten werden. Bayerische Vereinsbank München 820993

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Es ist jedoch noch wichtiger, daß die Spulen den extremen Schockbedingungen, denen sie ausgesetzt sind, widerstehen und daß sie eine relativ lange Lebensdauer haben, damit teure Ausfallzeiten des Druckers sowie Reparaturen in möglichst geringem Umfang anfallen.

Um Präzisionsdrucken und gleiche Hammergeschwindigkeit für jedes betroffene Zeichen zu erreichen, müssen die verwendeten Spulen so ausgelegt sein, daß sie eine sehr präzise Feldstärke haben. Da Anfangseinstellungen an dem ψ Drucker vorgenommen werden können und auch vorgenommen werden, ist es vielleicht noch wichtiger, daß die Betriebseigenschaften einer einmal justierten Spule über einen beträchtlichen Zeitraum hinweg unter den extremen Umgebungsbedingungen, insbesondere Schockbedingungen, denen die Spule ausgesetzt ist, erhalten bleiben.

Weiterhin ist es wichtig, daß die beträchtliche Wärmemenge, die durch die den Elektromagneten durchlaufenden hohen Ströme erzeugt wird, schnell verteilt wird.

Da jeder Taste eine Spule zugeordnet ist und daher auf verhältnismäßig begrenztem Raum eine große Anzahl von Spulen vorhanden ist, ist es von Bedeutung, daß die Spulen so klein wie möglich sind.

Es ist ein allgemeiner Zweck der Erfindung, eine in einem Drucker zu verwendende Spule zu schaffen, die gegenüber bekannten Spulen in bezug auf die oben genannten Kriterien bedeutsame Vorteile aufweist.

Insbesondere ist es der Zweck der Erfindung, eine verbesserte Spule für einen Drucker zu schaffen, die den immer strenger werdenden Umgebungsbedingungen bei immer höher werdenden Druckgeschwindigkeiten gerecht wird und gleichzeitig eine lange Lebensdauer sowie stabile Betriebseigen-

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schäften hat, für eine angemessene Wärmeverteilung sorgt, von geringer Größe ist und mit mäßigem Kostenaufwand gefertigt werden kann.

Ein weiterer Zweck der Erfindung ist es, eine derartige verbesserte Spule für einen Drucker zu schaffen, wobei gleichzeitig eine verbesserte Steuerung der Größe der Feldstärke und der Positionierung des Feldes in bezug auf den Anker und den beweglichen Polschuh möglich ist.

Die Ei-findung betrifft oiii Verfahren zur Herstellung einer Doppelspule, wobei die beiden Spulenkörper axial ausgerichtet auf einem gemeinsamen Aufspanndorn angeordnet sind. Ein einziger kontinuierlicher Draht wird im Uhrzeigersinn auf den c;rsten Spulenkörper gewickelt und wird dann, ohne daß die Wicklungsrichtung oder der Wicklungsvorgang umgekehrt werden, auf den zweiten Spulenkörper wiederum im Uhrzeigersinn aufgewickelt. Auf diese Weise wird eine vollständig in der gleichen Richtung verlaufende Wicklung erreicht, wodurch es möglich ist, den aufgewickelten Draht unter einer konstan. ten Zugspannung zu halten, so daß ein gleichmäßiges und reproduzierbares Produkt geschaffen wird.

Nachdem der Draht auf die beiden axial ausgerichteten Spulenkörper aufgewickelt ist, werden diese von dem Aufspanndorn entfernt, und einer der zwei Spulenkörper wird um eine zur Spulenkörperachse senkrechte Achse in eine Position geschwenkt, in der seine Flansche koplanar mit den Flanschen des anderen Spulenkörpers fluchten. In dieser Position sind die Achsen der beiden Spulenkörper nunmehr parallel, jedoch nicht linear ausgerichtet. In dieser geschwenkten Stellung hat einer der beiden Spulenkörper eine Wicklung im Uhrzeigersinn, während der andere eine Wicklung im Gegenuhrzeigersinn hat. Die beiden Spulenkörper werden von einem U-förmigen Träger in dieser Stellung, in der die Flansche koplanar fluchten, gehalten.

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Zwei Leiter, der eine von dem einen Spulenkörper und der andere von dem zweiten Spulenkörper, werden dann zu einem kleinen Ansatz an einem der Flansche geführt, wo die Leiter an Anschlußösen an dem Flanschvorsprung befestigt werden. Die gesamte Doppelspule einschließlich des Flanschansatzes wird dann in einem einzigen homogenen wärmeleitenden Material eingekapselt.

Dabei ergibt sich eine außerordentlich stabile, präzise und robuste Spule für einen Schlagdrucker.

Eine Nut entlang der Innenfläche eines der Flansche in jedem Spulenkörper dient dazu, den Anfang des Leiters einzulegen, wodurch eine Störung der Wicklung vermieden wird und eine Schichtwicklung erhalten wird, die eine exakte Anzahl von Windungen aufweist und eine wirksame Ausnutzung von bis zu 90 % des Wicklungsraumes gestattet. Infolge dieser hochwirksamen Ausnutzung des Wicklungsraumes kann die Spule eingekapselt werden und bildet ein Endprodukt, das immer noch hinreichend kleine Abmessungen hat, um den räumlichen Anforderungen des Druckers gerecht zu werden.

k Die Spulenkörper selbst werden vor dem Wicklungsvorgang nur teilweise ausgehärtet, so daß sie während des Wickeins und der Handhabung nicht so leicht zu Bruch gehen können. Die Endaushärtung der Spulenkörper findet während der letzten Einkapselung statt.

Der für die Wicklung verwendete Magnetdraht weist einen doppelten Mantel auf. Ein erster Polyamidmantel dient als Isolation. Ein darüberliegender Mantel aus einem zum Teil ausgehärteten flüssigen Epoxyharz dient dazu, einen ersten Einkapselungsschritt zu ermöglichen, durch den die Spulenwicklungen in den Spulenkörpern stabilisiert werden. Vor der Einkapselung wird ein Kügelchen aus Epoxymaterial dem Leitungsdraht benachbart angeordnet, dann wird Strom durch

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die Wicklungen geschickt, um sie zu erhitzen, und zwei Andrückbacken üben einen Druck auf beiden Seiten beider Wicklungen aus. Infolgedessen schmilzt das Kügelchen und erstarrt und hält so den losen Leitungsdraht gegen die Wicklung. Außerdem schmilzt der Epoxymantel und erstarrt anschließend und legt die Wicklungen fest. Außerdem werden die Wicklungen durch die Andrückbacken preßgeglättet. Infolgedessen hat das Zwischenprodukt, das zur Endeinkapselung auf die Preßform gebracht wird, eine festgelegte Breite und ist außerdem stabil in bezug auf seine Abmessungen.

Die Erfindung wird nachstehend eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Von den Figuren zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Darstellung des Endprodukts, d. h. einer eingekapselten Doppelspule für einen Elektromagneten;

Figur 2 eine Draufsicht von oben auf die Spule von Figur 1, wobei die Einkapselung teilweise weggebrochen ist und die oberen Flansche der Spulenkörper strichpunktiert dargestellt sind;

Figur 3 eine vordere Randdarstellung der Spule von Figur 1, d. h. eine Ansicht von der rechten Seite von Figur 1;

Figur 4 einen vertikalen Längsschnitt entlang der Linie 4-4 von Figur 1;

Figur 5 einen horizontalen Längsschnitt entlang der Ebene 5-5 von Figur 4;

Figur 6 einen seitlichen Querschnitt durch einen der Spulenkörper entlang der Linie 6-6 von Figur

5;

Figur 7 eine schematische Darstellung der Drehrichtung der beiden Wicklungen der Spulen von Figur 1;

Figur 8 eine perspektivische Darstellung des vorderen Spulenkörpers der Spule von Figur 1;

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Figur 9 eine perspektivische Darstellung des hinteren Spulenkörpers der Spule von Figur 1;

Figur 10 einen vertikalen Längsschnitt des vorderen Spulenkörpers entlang der Linie 1O-1O von Figur 8;

Figur 11 eine perspektivische Darstellung eines Anfangsschrittes der Wicklung der beiden Spulenkörper;

Figur 12 eine perspektivische Darstellung eines weiteren Schrittes bei der Wicklung der beiden Spulenkörper;

Figur 13 eine perspektivische Darstellung eines auf den Schritt von Figur 12 folgenden Wicklungsschrittes der beiden Spulenkörperj

Figur I^ eine perspektivische Darstellung eines auf den Schritt von Figur 13 folgenden Wicklungschrittes ;

Figur 15 eine schematische Darstellung der Drehrichtunr der Wicklungen der beiden Spulenkörper, wenn diese sich in der in Figur 1% gezeigten Position befinden;

Figur l6 eine perspektivische Darstellung der beiden Spulenkörper nach dem in Figur l'i veranschaulichten Wicklungsschritt und nachdem die Spulenkörper relativ zueinander in eine Stellung geschwenkt wurden, die ihren Stellungen im Endprodukt entspricht5

Figur 17 eine der Figur l6 ähnliche Darstellung, wobei die Befestigung von Leitern an Anschlußstellen gezeigt ist;

Figur l8 eine perspektivische Darstellung eines auf

den Schritt von Figur 17 folgenden Verarbeitungsschrittes, wobei eine Preßglättung und ein erster Einkapselungsschritt stattfinden;

Figur 19 eine seitliche Vertikalschnittdarstellung durch den in Figur 18 gezeigten Spulenkörper und das Kügelchen unmittelbar vor der Druckbeaufschlagung zum Preßglätten;

Figur 20 eine erweiterte Darstellung des Bereichs von Figur I9, wobei der Leitungsdraht und das Kügelchen vor der Beaufschlagung mit Glättdruck gezeigt sind;

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Figur 21 eine der Figur 20 ähnliche Darstellung nach der Beaufschlagung mit Glättdruck;

Figuren Querschnittsdarstellungen, wobei das Zwischen-22 und 23 produkt in einer Preßform unmittelbar vor

dem Einführen der Preßmasse zur Einkapselung

gezeigt ist;

Figur 2k eine perspektivische Darstellung der Einlaßanordnung für die Preßmatrize.

Die Zeichnungen beziehen sich alle auf dieselbe Ausführungsform der Erfindung. Im Zusammenhang mit der Erfindung und der nachfolgenden Beschreibung ist zu beachten, daß es zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgaben erforderlich war, neue strukturelle Merkmale des Endprodukts sowie neue Fertigungstechniken für das Endprodukt zu entwickeln. Die Verbindung der strukturellen Merkmale und Fertigungstechniken ergibt ein Endprodukt 10, das den räumlichen Anforderungen für die Elektromagnetspulen gerecht wird, welche zur Betätigung der Druckertasten verwendet werden, und das gleichzeitig die vorerwähnten verbesserten Leistungscharakteristiken aufweist.

Das Endprodukt 10 ist in den Figuren 1-7 veranschaulicht. Die strukturellen Einzelheiten und die Fertigung des Endprodukts sind am besten zu verstehen, nachdem beschrieben wurde, wie das in den Figuren l6 und 17 gezeigte, noch nicht eingekapselte Zwischenprodukt 12 aus den in den Figuren 8-10 gezeigten Spulenkörpern hergestellt wird. Diese Herstellung des Zwischenprodukts 12 ist in den Figuren 12-15 veranschaulicht und wird nachstehend in Vebindung mit der Be- - 'ireibung des Zwischenprodukts erörtert.

In Verbindung mit dem in den Figuren 1-7 veranschaulichten Endprodukt braucht zuerst nur gesagt zu werden, daß das Produkt IO eine eingekapselte, aus zwei Spulenkörpern l'l, l6 bestehende Spule mit zwei Wicklungen 1:1, 1:2 ist. Außenleiter JO s-iiid mit den Enden der Magnet drähte mittels ösen

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32 an einer Anschlußplatte 28 verbunden. Diese Anschlußplatte 28 ist eine verstärkte Verlängerung des oberen Flansches 14t des Spulenkörpers Ik. Ein einziger kontinuierlicher Magnetdraht 20 wird für die Wicklungen 21 und 22 verwendet. Die Wicklung 21 hat eine Wicklungsrichtung, die derjenigen der Wicklung 22 entgegengesetzt ist, so daß ein einzelner Stromimpuls in Serie durch diese beiden Wicklungen eine Polarität des Spulenkörpers l6 bewirkt, die der Polarität des Spulenkörpers 14 entgegengesetzt ist.

Es wird nunmehr das Zwischenprodukt beschrieben. Die Figuren l6 und 17 veranschaulxchen die Spule vor der Einkapselung. Das Zwischenprodukt 12 besteht aus einem ersten Spulenkörper 14 und einem zweiten Spulenkörper l6. Die beiden Spulenkörper sind auf einem U-förmigen Träger l8 dargestellt, da das Zwischenprodukt 12 auf einem derartigen Träger l8 gehalten wird, bis es eingekapselt werden kann. Der Träger l8 ist notwendigem die Spulenkörper l'l, l6 vor der Einkapselung ordnungsgemäß zu positionieren und auszurichten.

Ein einziges kontinuierliches, mit Polyamid überzogenes Stück Magnetdraht 20 (Draht der Nr. 27) wird in solcher Weise gewickelt, daß in dem Wicklungsraum jedes der beiden Spulenkörper eine Schichtwicklung exakter Windungszahl erhalten wird. Auf diese Weise werden zwei in Serie miteinander verbundene Spulenkörper geschaffen. Aufgrund des noch zu beschreibenden erfxndungsgemäßen Verfahrens kann zum Erhalt beider Wicklungen 21 und 22 ein einziges Stück Draht 20 verwendet werden. Die beiden Wicklungen 21 und 22 sind daher in Reihe verbunden und in einer Richtung gewickelt, daß ein durch die Wicklungen 21, 22 laufender Betätigungsstromimpuls in der Wicklung 21 des Spulenkörpers l'l ein Feld einer in einer Richtung gerichteten Polarität und in der Wicklung 22 des Spulenkörpers l6 ein Feld einer in entgegengesetzter Richtung liegender Polarität erzeugt. Figur 7

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veranschaulicht schematisch diese Wicklungsanordnung.

Wie am besten in den Figuren 8, 9 und 10 zu sehen ist, hat jeder der Spulenkörper 14, 16 einen dünnwandigen rohrförmigen Kern 14c, l6c sowie dünnwandige obere Flansche 14t, l6t und dünnwandige untere Flansche 14b, l6b. Die Verwendung der Ausdrücke "obere" und "untere" ergibt sich durch die Orientierung der Spulenkörper in Figuren 8 und 9 und hat weiter keine besondere Bedeutung. Entlang der inneren Fläche der unteren Flansche l4b, l6b jedes Spulenkörpers verläuft eine Nut 24 bzw. 26, die sich vom Flanschrand zum Kern l4c bzw. l6c erstreckt. Der Anfangsleiter für jede Wicklung 21, 22 wird entlang einer der Nuten 24, 26 geführt. Infolg edessen beeinträchtigt der Anfangsleiter nicht die Wicklung der Schichten und gestattet daher eine sehr wirksame Ausnutzung des Wicklungsraumes. Die Nuten 24, 26 sind in bezug auf die Mittellinie versetzt angeordnet, so daß der Wicklungsanfang genau so festgelegt werden kann, daß er an der Längsmittellinie liegt.

Es wird ein Wxcklungsfaktor von 90 % erreicht, und zwar zum Teil infolge der Verwendung der Nuten 24, 26 und zum anderen Teil infolge der Verwendung eines einzigen kontinuierlxchen Drahtes 20, wodurch eine Leiterspleißung vermieden wird. Eine weitere Raumausnutzung ergibt sich durch die Verwendung eines Ansatzes 28 an dem oberen Flansch 14t des ersten Spulenkörpers 14, wobei der Ansatz 28 als Anschlußplatte für die beiden Enden des Drahtes 20 dieiit. Außenleiia* 30 werden mit den Enden des Magnetdrahtes 20 dadurch verbunden, daß die Enden des Drahtes 20 und die Enden des Außenleiters 30 mit Messingösen 32 verlötet werden.

Bei einer Ausführungsform haben die Nuten 24, 26 eine Tiefe von 0,38 mm zur Aufnahme des vorgenannten Magnetdrahtes Nr. 27· Dies wiederum bedingt, daß die unteren Flansche 14b, l6b eine Stärke von etwa 0,508 mm haben. Die oberen Flansche l4t, l6t feffWft¹«*» WfC £ ine Stärke von 0,305 mm

ORIGINAL INSPECTED

Eine minimale Wandstärke der Plansche xsl; wünschenswert aus Gründen der Raumersparnis. Die Anschlußplatte 28 des Flansches l4t ist stärker als der Flansch l4t, um eine hinreichend starke Unterlage für die Leiterverbindungen 20, 30 zu bilden.

Zum Erhalten guter WärmeübertragungsCharakteristiken sind die Spulenkörper 14, 16 vorzugsweise aus einem mit Glasfaser verstärktem Diallylphthalat (DAP) geformt, dessen Glasfasern eine Länge von etwa 6,2 mm haben. Beispielsweise kann dieses ψ Formmaterial das von der Firma Allied Chemical erzeugte Diallylphthalatpreßmaterial (52-40-40-F) sein. Die zur Fertigung des Zwischenprodukts 12 verwendeten Spulenkörper Ik, l6 sind im Spritzpreßverfahren hergestellt, jedoch nicht vollständig ausgehärtet. Diese Unterhärtung der Spulenkörper 1^, l6 bedeutet, daß die Spulenkörper elastischer sind, als es der Fall wäre, wenn sie vollständig ausgehärtet wären, und dadurch wird die Bruchgefahr der Flansche beim Wicklungsvorgang verringert. Es bedeutet auch, daß sich während des am Ende stattfindenden Einkapselungsvorganges zwischen dem Einkapselungsmaterial und dem Spulenkörpermaterial eine bessere Verbindung ergibt.

Die oberen Flansche l4t, l6t haben eine Wandstärke von etwa 0,305 mm, und die unteren Flansche 14b, l6b haben eine Wandstärke von etwa 0,5 mm. Diese Wandstärken ergeben bei dem oben genannten Preßmaterial, das sich in einem nichtausgehärteten Zustand befindet, eine ausreichende Stärke für die Auflage der Wicklungen, und ein Verformen oder Verziehen während des Wicklungsvorganges wird verhindert. Diese Wandstärken ergeben im Betrieb auch eine ausreichende Isolierung. Außerdem wird durch diese dünnen Wände das Endprodukt so klein wie möglich gehalten.

Es wird nunmehr auf die Formung des Zwischenprodukts Bezug genommen. Die Formung des Zwischenprodukts und insbesondere

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das Verfahren zum Herstellen der Wicklungen 21, 22 aus einem einzigen kontinuierlichen Draht 20, wodurch eine Leiterverspleißung vermieden wird, sind von größter Bedeutung. Es ist zu beachten, daß ein einziger Stromimpuls durch die Wicklungen 21, 22 in der Wicklung/eine Polarität in einer Richtung und in der Wicklung 22 eine Polarität in entgegengesetzter Richtung erzeugen muß.

Wie dieses Ergebnis erreicht wird, ist in den aufeinanderfolgenden Schritten gemäß den Figuren 11-17 veranschaulicht. Zuerst werden die Spulenkörper 14 und 16 auf einem gemeinsamen Aufspanndorn 33 angeordnet. Auf diesem Aufspanndorn wird der Flansch l4b, der die Nut 24 für den Leiteranfang aufweist, benachbart dem die Nut 26 aufweisenden Flansch l6b angeordnet. Ein Anfangsleiter wird dann in der Nut 24 angeordnet, und eine Standardwickelmaschine wird verwendet, um die Wicklung 21 als eine Vierschichtenwicklung von 22 Windungen pro Schicht zu vervollständigen. Die letzte Schicht ist um zwei Windungen unvollständig, so daß eine Wicklung mit einer vorbestimmten Anzahl von 86 Windungen erreicht wird. Eine mit einem Handrad stattfindende Justierung der letzten Halbwindung kann notwendig sein, um genau 86 Windungen zu erhalten· Eine präzise Anzahl von Windungen ist wünschenswert, um bei den Spulenkörpern Gleichmäßigkeit zu erreichen.

Nachdem die erste Wicklung 21 vervollständigt ist, wird der Draht 20 über die Ränder der benachbarten Flansche l4b, l6b geführt und entlang der anderen Anfangsnut 26 geführt (Figur 13)· Es wird dann die gleiche Wicklungsprozedur ausgeführt, so daß man wiederum 86 Windungen einer Vierschichtenwicklung 22 erhält. Wie die Figuren zeigen, wird die zweite Wicklung 22 so wie die erste Wicklung 21 durch Drehung des Aufspanndorns 33 ini Uhrzeigersinn gewickelt. Daher verlaufen die Wicklungen 21 und 22 in der gleichen Drehrichtung, wenn die Spulenkörper auf dem Dorn 33 aufgespannt sind. Dem-

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entsprechend kann eine konstante Zugspannung des Drahtes während des gesamten Wicklungsvorganges der Wicklungen 21 und 22 aufrecht erhalten werden. Auf diese Weise wird eine präzise und genaue Wicklung erhalten. Außerdem trägt das Aufrechterhalten einer konstanten Zugspannung des Drahtes

20 bei der Herstellung beider Wicklungen dazu bei, daß der Wicklungsfaktor von 9° % erreicht wird.

Die Drahtführung in der Wickelmaschine muß beim Wickeln der Wicklung 21 so eingestellt werden, daß die Führung an der fc linken Seite beginnt und sich nach rechts bewegt. Da die Startbedingung der Drahtführung bei der Wicklung der Wicklung 22 umgekehrt werden muß, kann es erforderlich sein , den Aufspanndorn 33 von einer ersten Wickelmnschine zu einer zweiten Wickelmaschine zu bringet <, wenn die Wicklung

21 gewickelt ist und die Wicklung 22 gewickelt werden soll.

Die nunmehr als ein Paar gewickelten Wicklungen 21, 22 werden von dem Aufspanndorn 33 entfernt und so geschwenkt, als wäre ein Rand I4e, l6e der benachbarten Flansche l4b, l6b schwenkbar aneinander angelenkt. Diese Ränder l4e, l6e liegen den die Anfangsnuten 24, 26 aufweisenden Rändern gegenüber. Die beiden Wicklungen 21, 22 werden dann auf dem " U-förmigen Träger 18 angeordnet, um ihre ordnungsgemäße Position und Orientierung während weiterer Verarbeitungsschritte aufrecht zu erhalten.

Wenn die Spulenkörper 14, l6 aus ihrer relativen Position von Figur 14 in die in Figur l6 gezeigte Position geschwenkt werden, verändert sich die relative Drehrichtung der Wicklungen 21, 22, die gemäß Figur 15 in gleicher Richtung verlaufen ist, zu entgegengesetzten Drehrichtungen gemäß Figur 7· Durch die Wicklungstechnik mit dem gemeinsamen Aufspanndorn 33 kann zur Vermeidung von Leiterspleißungen ein kontinuierlicher Draht verwendet werden, und es kann während des Wickeins beider Wicklungen 21 und 22 eine konstante

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Zugspannung aufrechterhalten werden; das Endprodukt 10 hat auf jeden Fall die gewünschte entgegengesetzte Polarität.

Es wird nunmehr das Einkapselungsverfahren beschrieben. Die Einkapselung des Zwischenprodukts 12 zum Erhalt des Endprodukts 10 ist von Wichtigkeit, damit das Endprodukt mechanische Stabilität hat. Wenn das Zwischenprodukt 12 ohne Einkapselung verwendet wird, wird es im Betrieb voraussichtlich versagen infolge der Vib_rationen , die eine Abnutzung der den Magnetdraht 20 schützenden Polyamidisolation bewirken. Kurschlüsse und Versagen wäre die Folge. Durch die Einkapselung wird eine Relativbewegung zwischen den Windungen verhindert. Die Stärke der Einkapselung muß jedoch so gering wie möglich sein, damit nicht ein Endprodukt erzeugt wird, dessen Abmessungen es unmöglich machen, daß das Produkt in einem Schlagdrucker Verwendung findet.

Es ist wichtig, daß bei der Einkapselung ein Verschieben der Wicklungen 21, 22 relativ zueinander sowie eine Beschädigung der dünnwandigen Flansche der Spulenkörper 14, l6 vermieden wird. Es ist weiterhin wichtig, daß bei der Einkapselung eine Beschädigung der Wicklungsisolation nicht stattfindet.

Die Probleme des Aufrechterhaltens der genauen Positionen und des Verhinderns von Brüchen bei der Einkapselung, die Minimalisierung einer Gesamtzunahme der Abmessungen und die Maximalisierung der Wärmeübertragung für das Endprodukt im Betrieb werden durch die folgende Exnkapselungstechnik gelöst.

a) Voreinkapselung:

Ein wichtiger Voreinkapselungsschritt ist in den Figuren 18-21 dargestellt. Der Magnetleiter von der zweiten Wicklung 2.2 muß über die Oberfläche der ersten Wicklung 21 zu der An-

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schlußplatte 28 gebracht werden.

Diese letzte Halbwindung des Magnetdrahtes 20 muß gegen die Oberfläche der Wicklung 21 gehalten werden während der Einkapselung, um sicherzustellen, daß der Lei tej/eingekap seit wird und nicht teilweise entlang der Oberfläche des eingekapselten Endprodukts freiliegt.

Ein Epoxykügelchen 40 aus einem Material, das mit dem Epoxymaterial der endgültigen Einkapselung verträglich ist,

fc wird über dem Leiter an der Seite der Wicklung 21 angeordnet. Dann wird für eine hinreichende Zeitdauer ein Strom durch die Wicklungen 21, 22 geschickt, der die Wicklungen erhitzt. In einem Fall wurde an die Leiter "}0 eine Wechselstromquelle von 10 V angeschlossen, die für ungefähr 8 sek einen Strom von etwa 10 A lieferte. Nachdem die Wicklungen 21, 22 aufgeheizt sind, betätigt eine Taktgeberventilanordnung (nicht gezeigt) einen Druckluftzylinder 42, der bewirkt, daß ein beweglicher Backen 44 einen verhältnismäßig geringen Druck auf das Epoxykügelchen 40 ausübt. Durch die Kombination von Wärme und Druck schmilzt das Kügelchen 40 und wird ausgehärtet, so daß es eine feste Verbindung zwi-

fc sehen dem Leiter von der Wicklung 22 und der Oberfläche der *"* Wicklung 21 bildet.

Außerdem ist ein stationärer Backen 45 entlang der gesamten Rückseite der beiden Wicklungen 21, 22 vorgesehen. Die Abmessungen des beweglichen Backens 44 sind so, daß er Druck nicht nur auf das Kügelchen 40, sondern auch auf die gesamte Vorderfläche der beiden Wicklungen 21, 22 ausübt. Infolgedessen wird ein Druck solcher Größe ausgeübt, daß die Wicklungen 21, 22 preßgeglättet und ihre Ausdehnung reduziert werden. Wie Figur 20 zeigt, hat der Magnetdraht 20 nicht nur eine aus Polyamid bestehende Isolation 5°i sondern auch einen teilweise ausgehärteten äußeren Epoxymantel 52· Unter der

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Einwirkung von Wärme und Druck während des Voreinkapselungsschrittes erweicht der Epoxymantel 52 und verbindet die Windungen der Wicklungen 21, 22 miteinander. Infolgedessen wird eine genaue Placierung der Wicklungen 21, 22 auf den Spulenkörpern l't, 16 erreicht, und die Wicklungen erhalten einen zusätzlichen Festigkeitsgrad und mehr Stabilität.

b) Endeinkapselung:

Nach dem Voreinkapselungsschritt wird das Zwischenprodukt in cirio Spritzpreßform gebracht zur Ausführung der Endeinkapselung, wobei das Endprodukt gemäß den Figuren 1-7 erzeugt wird. Das Einkapselungsmaterxal ist ein mineralisch gefülltes,- wärmestabiles, lang gließendes Epoxypreßmaterial, das feuerhemmend ist, wie beispielsweise das von der Plastics Engineering Company hergestellte Plenco-2005-Material. Das lose Epoxyharz wird in runde Kügelchen vorgeformt, um Luftbläschen auszuschließen, die in losem Material eingeschlossen sein könnten und die zur Folge haben würden, daß die Oberflächen der eingekapselten Spule Lufttaschen, Blasen oder eine schlechte Außenbeschaffenheit aufweist. Diese runden vorgeformten Kügelchen werden in einen R.F.-Vorheizer eingebracht, wo ihre Schmelzviskosität weiter reduziert wird, so daß ein sehr niedriger Preßdruck angewendet werden kann, um eine gleichmäßige Füllung der Preßform zu erreichen.

Ein Preßdruck zwischen 2,8l und 3i5^ kg/cm findet Anwendung, der bei dem verwendeten lang fließenden Epoxypreßmaterial sicherstellt, daß während des Pressens die Spulenkörper nicht verschoben und die Flansche nicht beschädigt werden, wobei jedoch eine gründliche Durchdringung des Magnetdrahtes 20 erreicht wird. "Lang fließend" bedeutet hier, daß die Viskosität des Preßmaterials bei der Schmelztemperatur

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desselben sehr niedrig ist. Ein Fließen von zwischen 102 und 127 cm, geraessen gemäß der Mesa-Fließnorm, ist die bevorzugte Viskosität.

Wegen der dünnen Wände der Spulenkörper und der kleinen Zwischenräume in der Preßform sollte in den für die Spulenkörper l'±, l6, das Kügelchen kO und das Material für die Endeinkapselung verwendeten Preßmaterialien ein Novolak-Katalysator im Gegensatz zu einem Amino-Katalysator verwendet werden.

Da das Einkapselungsmaterial mineralisch gefüllt ist, weist es gute Wärmeleiteigenschaften auf und unterstützt daher die Wärmeübertragung von den Wicklungen zu der Oberfläche der Spule des Endprodukts. Die Füllzeit beträgt etwa 30 sek. Infolgedessen ergibt sich keine Bewegung der Spulenwicklungen, und es liegen keine Magnetdrähte frei. Außerdem - ergeben sich keine kurzgeschlossenen Windungen, die dadurch hervorgerufen werden könnten, daß ein heißes Epoxy-Einkapselungsmaterial die Polyamidisolation entfernt, was geschehen könnte, wenn kurz fließendes Material verwendet würde und/oder die Füllung sehr schnell und unter hohem jjf Preßdruck stattfinden würde.

Die Lage und Größe der in der Preßform verwendeten Einlaßschlitze ist von beträchtlicher Bedeutung, damit sichergestellt wird, daß sich die Wicklung unter dem Druck des Spritzpreßverfahrens nicht verschiebt. Zwei Öffnungen 60 werden verwendet, wie am besten in Figur 2k zu sehen ist. Diese beiden Öffnungen 60 liegen an den beiden Ecken X der Matrize diagonal entgegengesetzt den der Anschlußplatte 28 zunächst liegenden Matrizenecken. Die beiden Offnungen 60 sind parallel mit der Ebene der stärkerwandigen Spulenflansche 1^b, l6b positioniert.

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Die Öffnungen 60 sind im Querschnitt etwa rechteckig, wobei sie bei einer Ausführungsform 0,5 mm breit und 0,5 rom hoch sind. Die Abquetschfläche war bei dieser Ausführungsform 1,5 mm lang. Eine so lange Abquetschfläche ist günstig bei der Erzeugung von Reibung zum Erhitzen des Einkapselungsmaterials, wodurch die niedrige Viskosität aufrecht erhalten wird. Diese Reibung dient auch dazu, die Geschwindigkeit und den Druck zu Verringern, mit welchen das Exnkapselungsmaterxal eingeführt wird. Auf diese Weise wird

ein niedriger Preßdruck von etwa 2,81 bis 3)52 kg/cm" erhalten. Die Öffnungen 60 sind so positioniert, daß das Exnkapselungsmaterxal an einer Stelle eintritt, wo es zuerst auf die unteren Flansche l4b, l6b auftrifft, und dadurch wird eine Wirbelbildung erhalten, was wiederum zur Erzeugung von zusätzlicher Wärme und zum Aufrechterhalten niedriger Viskosität dient. Die Verwendung von zwei Öffnungen, die in der gezeigten Weise angeordnet sind, gewährleistet ein ausgeglichenes Fließen von Exnkapselungsmaterxal nach oben an beiden Seiten der Wicklungen. Durch dieses gleichmäßige Fließen und die verhältnismäßig niedrigen Preßdrücke ergibt sich kein Verschieben der Spulenkörper und der Wicklungen in der Preßform.

Wie am besten durch einen Vergleich der Figuren 22 und 23 zu sehen ist, wird das Zwischenprodukt von dem Träger 18 zu komplementären Spulenhaltern 62 gebracht, die einen Teil der unteren Hälfte 6k der Preßform bilden. Der Außenleiter 30 liegt auf einer schrägen Fläche der unteren Hälfte 6k der Preßform auf. Die obere Hälfte 66 der Preßform weist eine sich nach unten erstreckende Wand 68 auf. Die Wand liegt bündig an der nach oben gerichteten schrägen Fläche der unteren Hälfte 6k an mit Ausnahme von Offnungen zwischen der Wand 68 und der unteren Hälfte 64, durch die sich die 'Außenleiter 30 erstrecken. Diese Öffnungen sind, wie Figur 23 zeigt, an ihrem Innenende enger als an ihrem Außenende, so daß die Leiter 3° zusammengedrückt werden ,

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wenn die Preßformhälften zusammengebracht werden. Infolgedessen können die Leiter 30 in dem Raum 70 eingekapselt werden, ohne daß das Einkapselungsmaterial aus der Preßform ausläuft. Auf diese Weise wird ein Kopf 72 (Figuren 1 und 3) in- dem Raum 70 gebildet, und die Spule wird vollständig eingekapselt.

Figur 2k stellt den unteren Teil 6k und den oberen Teil 66 der Preßform dar. Um die Art der Öffnungen 60 besser zu verdeutlichen, ist der hintere Teil des oberen Teils 66 " weggeschnitten worden. Die beiden Offnungen 60 sind in Figur 2k durch das Preßmaterial repräsentiert, das sich in den Öffnungen und an dem Produkt 10 befindet und das zu sehen wäre, wenn der rückwärtige Teil der oberen Hälfte 66 der Preßform weggebrochen wäre.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

ff 1. Atoppelwicklungsmagnetspule mit einem ersten und einem zweiten Spulenkörper, wobei jeder Spulenkörper an einem Wicklungskern im Abstand voneinander angeordnete erste und zweite Flansche aufweist, die zwischen sich einen Wicklungsraum definieren, und wobei die Spulenkörper einander benachbart so angeordnet sind, daß ihre Flansche miteinander im wesentlichen koplanar ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziger kontinuierlicher Magnetdraht (20) zur Bildung einer Schichtwicklung (21) si·» t exakter Windungszahl in einer ersten Drehrichtung auf einen ersten Spulenkörper (lk) aufgewickelt wirdL' und zur Bildung einer Schichtwicklung (22) mit exakter Windungszahl in einer zweiten Rotationsrichtung auf den zweiten Spulenkörper (l6) aufgewickelt wird, so daß ein durch den Draht (20) geschickter Stromimpuls in dem ersten Spulenkörper (l4) eine Polarität in einer Richtung und in dem zweiten Spulenkörper (l6) eine entgegengesetzt gerichtete Polarität erzeugt, und daß in jedem Spulenkörper (l4, 16) eine für den Leiteranfang vorgesehene Führungsnut (2^, 26) ausgebildet ist, wobei die Führungsnut (2^, 26) entlang einer auf den Wicklungsraum zu gerichteten Fläche eines ersten Flansches (l4b, l6b) jedes Spulenkörpers (l4, 16) verläuft und sich von der radial innersten Drahtwindung nach außen erstreckt.
2. Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein sich nach außen erstreckender Ansatz (28) an einem Rand eines Flansches (l4tt) des ersten Spulenkörpers (14) vorgesehen ist und daß an dem Ansatz (28) erste und zweite Anschlußstellen vorgesehen sind, wobei ein erstes Ende des Drahtes (20) mit der ersten Anschlußstelle und ein zweites Ende des Drdtes (20) mit der zweiten Anschlußstelle verbunden wird.

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3. Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Spulenkörper (l4, l6) mit dem Flanschansatz (28) und den Anschlußstellen und die Wicklungen (21, 22) in einem homogenen, mineralisch gefüllten, hitzehärtbaren Material eingekapselt werden.
4. Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Flansch (l4b, l6b) jedes der Spulenkörper (l4, l6) dicker ist als der erste Flansch (l4t, l6t) jedes der Spulenkörper (l4, 16), wobei die Flansche (l4b, l4t, l6b, 16t) dünnwandige Flansche sind, die aus einem nicht ganz ausgehärteten, glasfasergefüllten Diallylphthalat bestehen.
5. Spule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der zweite Flansch (l4b, l6b) jedes der Spulenkörper (l4, 16) dicker ist als der erste Flansch (l4t, l6t) jedes der Spulenkörper (l4, 16), wobei die Flansche dünnwandige Flansche sind, die aus einem nicht ganz ausgehärteten, glasfasergefüllten Diallylphthalat bestehen, und daß der Ansatz (28) dicker ist als der erste Flansch (l4t) des ersten Spulenkörpers (l4).
6. Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptachse der Leiterführungsnut (24, 26) parallel zu einer den betreffenden Spulenkörper (l4, l6) halbierenden Längsebene verläuft, wobei die genannte Ebene die Hauptachse des genannten Spulenkörpers (l4, l6) einschließt, und daß die Leiterführungsnut (24, 26) im wesentlichen an einer Seite der genannten Ebene liegt und so positioniert ist, daß die erste Drahtwindung an einer ungefähr an der genannten Ebene liegenden Position beginnt.

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7· Verfahren zur Herstellung einer aus zwei Spulenkörpern bestehenden Spule, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster und zweiter Spulenkörper (l%, 16) geformt werden, die je einen Wicklungskern (l4a, l6a) haben und an den Enden des Wicklungskernes im Abstand voneinander liegende Flansche Cl4b, l4t, l6b, l6t) aufweisen, die zwischen sich je einen Wicklungsraum begrenzen, daß die Spulenkörper (14, l6) axial ausgerichtet werden, daß mit einem einzigen kontinuierlichen Magnetdraht (20) eine erste Wicklung (21) in einer ersten Rotationsrichtung auf den ersten Spulenkörper (14) und eine zweite Wicklung (22) in der gleichen Rotationsrichtung auf den zweiten Spulenkörper (16) aufgewickelt werden, daß während des Wicklungsvorganges der Magnetdraht (20) unter einer im wesentlichen konstanten Zugspannung gehalten wird und daß die Spulenkörper (l4, 16) in bezug aufeinander so geschwenkt werden, daß die Flansche (l4b, l4t) des ersten Spulenkörpers (14) in"gleicher Ebene mit den Flanschen (l6b, l6t) des zweiten Spulenkörpers (l6) liegend fluchten, so daß die erste und zweite Wicklung (21, 22) entgegengesetzte Drehrichtungen haben.
8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch g e kennzeichne t , daß für die Formung der Spulenkörper (l4, l6) ein hitzehärtbares Material gewählt wird, das gute Wärmeleiteigenschaften hat, und daß während des Formens die Spulenkörper (l4, 16) nicht vollständig ausgehärtet werden, so daß die Flansche (l4b, l4t, l6b, l6t) weniger bruchgefährdet sind, als dies bei voll ausgehärteten Spulenkörpern der Fall wäre.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch g e kennzeichne t , daß als kontinuierlicher Magnetdraht ein Draht (20) mit einem teilweise ausgehärteten Epoxymantel (52) verwendet wird und daß, wenn die Flansche (14b, 14t, 16b, l6t) der Spulenkörper (14, l6) in gleicher Ebene miteinander ausgerichtet sind, die Wicklungen (21,

22) der Spulenkörper (l4, l6) mit Wärme und Druck beauf-

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schlagt werden, wobei, der Druck quer zu den Vorder- und Rückseiten der Wicklungen (2I₁ 22) zur Anwendung gebracht wird und die Wärme und der Druck ausreichend groß sind, so daß der nicht vollständig ausgehärtete Epoxymantel (52) weiter schmilzt und aushärtet und die Windungen der Wicklungen (21, 22) festlegt und zwischen den Vorder- und Rückflächen der Wicklungen (21, 22) ein Preßglätten der Wicklungen (21, 22) erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch g e F kennzeichnet, daß die Enden des einzelnen kontinuierlichen Magnetdrahtes (20) mit Anschlußstellen verbunden werden, die sich an einem Ansatz (28) eines Flansches (l^t) des ersten Spulenkörpers ilk) befinden, und daß ein aus Preßmaterial bestehendes Kügelchen (kO) über dem mit einer der Anschlußstellen verbundenen Leitungsdraht von der zweiten Wicklung (22) angeordnet wird, so daß der genannte Leitungsdraht gegen die Vorderfläche der ersten Wicklung (21) gehalten wird, wobei das Kügelchen ikO} mit Wärme und . Druck beaufschlagt wird, wodurch es den genannten Leitungsdraht permanent gegen die genannte Vorderfläche der ersten Wicklung (21) hält.
11. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch ge-* kennzeichnet, daß nach dem Schwenken der Spulenkörper (l4, l6) in eine Position, in der die Flansche (l4b, l4t, l6b, l6t) koplanar miteinander fluchten, die Spulenkörper (l4_t l6) und ihre Wicklungen (21, 22) eingekapselt werden, wobei in gleichmäßiger Weise Einkapselungsmaterial in die Einkapselungsform eingeführt wird und das Material in die Hatrize durch zwei Öffnungen (60) eingeführt wird, welche an den den Endecken elnea der Flansche zunächst liegenden Matrizenecken (X) positioniert sind, wobei die Öffnungen (60) derart ausgebildet sind, daß das Einkapselungsmaterial din gleichmäßiger Weise entlang jeder der beiden Seiten des Spulenkörperpaares fließt.

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