DE2407577C2 - Formwerkzeug für Wickelkopfteile elektrischer Maschinen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Formwerkzeug für Wickelkopfteile elektrischer Maschinen gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Solche im Turbogeneratorbau bei der Leiterfertigung gebrauchten Werkzeuge und die mit ihnen verbundene Problematik sind bekannt (Buch von H.Sequenz »Herstellung der Wicklungen elektrischer Maschinen« Springer-Verlag 1973, in welchem in Abb. 91 Seite 152 ein Werkzeug und in Abb. 27 Seite 76 ein fertiggebogener Leiter gezeigt sind, und auf Seite 147 im zweiten Absatz auf die Bedeutung der Evolventenabmessungen eingegangen wird).

Die Form der Stirnbügel der heute meist aus mehreren, einzeln verdrillten Gitterstäben aufgebauten Leiter entspricht einer Evolventenabwicktong auf einem ίο Kegel, da die Evolvente einen geometrischen gleichen Abstand über die ganze Bügellänge ergibt. Die genaue Formgebung der Wickelkopfteile sowie das Pressen der einzelnen Teilleiter auf Anschlag erfolgt in mit Kegelsegmenten bestückten Grundformen. Bisher wurden solche Kegelsegmente aus einem Kegelstumpf herausgefräst, wie dies in der später beschriebenen Fig. 1 ersichtlich ist. Da ein Kegelsegment keine größeren, ebenen Auflageflächen aufweist, mußten bisher mehrere Arbeitsgänge, wie beispielsweise das Fräsen der zahlreichen Nuten, welche der Befestigung von Anschlägen und Biegeköpfen dienen, und das Anschweißen von Verstärkungsrippen und Knotenblechen immer am vollen Kegelstumpf erfolgen. Für die spanabhebenden, langwierigen Arbeitsgänge werden infolge der großen Auflageflächen des Kegelstumpfes nur größere Werkzeugmaschinen beansprucht. Geringfügige Formfehler in den meist gewalzten und gedrehten Kegelstümpfe.i führen zum Ausschuß des betreffenden Kegelsegmentes. Ein weiterer schwerwiegender Nachteil ist der enorme Lagerraumbedarf derartiger Kegelsegmente, deren Wiederverwendung zudem ziemlich eng begrenzt, ist durch Verzug und daraus resultierenden Ungenauigkeiten nach längerem Gebrauch.

Formwerkzeuge der eingangs genannten Art sind bekannt aus dem DE-GM 19 46 383. Mehrere aufeinandergestapelte viertelkreisförmige Platten bilden sogenannte Bogenlehren, die über Gewindebolzen miteinander fest verspannt sind. Einen eigentlichen Kegelwinkei weisen diese zusammengespannten Platten nicht auf, sondern sie sind mit abgerundeten Rändern versehen. Dem gewünschten Umriß entsprechend werden die gestapelten Platten mit Leinwand überzogen und bilden dann eine glatte, kegelige Oberfläche, an die sich der gestreckte Wicklungskörper anpaßt Bei dieser Art von Vorrichtung ist es nicht möglich, die üblichen für die Formgebung erforderlichen Anschläge und Biegeköpfe am Werkzeug selbst anzubringen. Überdies benötigen die vielen Platten einen noch wesentlich größeren Platzbedarf als die oben besprochenen Kegelsegmente.

Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zu Grunde, für alle vorkommenden Leiterformen, die sich unter anderem in Ständerbohrungsmaß, Ausladung und Evolventendaten unterscheiden, ein universell verwendbares Formwerkzeug mit geringem Lagerraumbedarf zu schaffen.

Der Vorteil der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, daß eine einfache, problemlose Einzelanfertigung der Kegelringsegmente auf kleinen Werkzeugmaschinen ermöglicht wird. Die Ringsegmente sind zudem leicht austauschbar, für neue Formen immer wieder verwendbar und hinsichtlich Transport, Versand und Lagerung leicht zu handhaben. Darüber hinaus sind sie selbst nach längerem Gebrauch extrem formbeständig, wodurch genauere Evolventenbügel hergestellt werden können, was auf eine Verkürzung der Montagezeit beim Wicklereieinbau und eine Reduzierung der unvermeidlichen Nacharbeiten hinzielt

Bei gegengleicher Abschrägung der Stirnenden der Ringsegmente ist eine wesentliche Gewichtseinsparung erzielbar, ohne daß dadurch das wirksame Bogenmaß vermindert wird.

Für eine rationelle Fertigung werden den Ringsegmenten zweckmäßigerweise gleiche axiale Breite und gleicher Querschnitt zugeordnet Es kann somit ein einheitliches Grundmaterial, beispielsweise Plattenmaterial, für die Herstellung aller Ringsegmente verwendet werden. Zudem können in derselben Aufspannung auf einer Werkzeugmaschine mehrere Ringsegmente gleichzeitig bearbeitet werden.

Zwar ist aus dem DE-GM 19 46 383 ebenfalls erkennbar, daß dort die Bogenlehren gleiche axiale Breite aufweisen. Bei dieser Lösung ist indes dieses Merkmal zwingend, da sonst eine sehr komplizierte Abstufung der einzelnen Platten erforderlich wäre, um einen bestimmten, konstanten Kegelwinkel zu erzielen.

In der Zeichnung ist eine Ausführung zum Stande der Technik sowie ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht veranschaulicht. Es zeigt

F i g. 1 die bisherige Kegelsegment-Fertigung,

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht eines montierten Kegelsegmentes gemäß F i g. 1,

F i g. 3 das Prinzip der Kegelringsegmente,

F i g. 4 ein Teilschnitt einiger montierter Kegelringsegmente,

F i g. 5 das Prinzip einer Grundform mit Kegelringsegmenten,

Fi g. 6 eine perspektivische Ansicht eines montierten Werkzeugs gemäß der Erfindung.

Gleiche Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Das gesamte Werkzeug, die sogenannte Grundform, besteht im wesentlichen aus einem Grundbalken, einem linken und einem rechten Kegelsegment, welche beide die eigentlichen formgebenden Elemente sind, sowie

diversen Konsolen mit Biegeköpfen. Alle zum unmittelbaren Verständnis der Erfindung nicht notwendigen Teile wie beispielsweise die Konsolen und die tfiegeköpfe sind fortgelassen.

Die zum Stand der Technik zählende F i g. 1 zeigt einen gewalzten und gedrehten Kegelstumpf, aus welchem maximal acht Kegelsegmente gewonnen werden können, und zwar im Hinblick auf die heute meist zweilagigen Wicklungen jeweils vier Segmente mit gleichen polaren Radien. Mit den acht Kegelseg- ιυ menten können somit nur vier Grundformen erstellt werden, nämlich jeweils zwei für die Formgebung von Stäben der oberen und der unteren Wicklungslage.

Laut Betriebserfahrungen ist jedoch hinsichtlich einer termingerechten Fertigung von Turbogeneratoren die jeweils gleichzeitige Bearbeitung von mindestens vier Stäben der gleichen Lage erforderlich. Pro Generator müssen demnach wenigstens zwei Rohkegel vorgesehen werden, deren Bearbeitung wichtige und große Schlüsselmaschinen in der Werkstatt belastet

Fig.2 zeigt ein aus dem Kegelstumpf nach Fig. 1 herausgefrästes Kegelsegment in montiertem Zustand. Mit 1 ist der nur teilweise eingezeichnete Grundbalken bezeichnet. Die Nuten 2 sind Schwalbenschwanznuten und dienen der Führung und Befestigung von Anschlägen und Biegeköpfen, wozu unbedingt das Maß a erforderlich ist. 3 ist die Mittellinie des nicht eingezeichneten Leiterstabes. Sollte der Stirnbügel eine Evolventenform gemäß 3' oder eine solche mit größerer Ausladung gemäß 3" annehmen, so wäre das Werkzeug nicht mehr brauchbar.

Zum besseren Verständnis der Erfindung ist in F i g. J ein schiefgestelltes Kegelsegment aus zusammengesetzten Kegelringsegmenten 4 gezeigt. Die Ringsegmente 4 weisen alle gleiche Breite, gleichen Querschnitt sowie J5 gleichen Bogenwinkel, beispielsweise 35° auf. Diese geometrischen Größen sind mittels Optimierungsmethoden derart gewählt, daß für ein Kegelsegment ähnlich demjenigen in Fi g. 2 sechs Kegelringsegmente 4 zusammenmontiert werden müssen.

Demnach benötigt man für die gleichzeitige Formung von den obenerwähnten vier Stäben der oberen und den vier Stäben der unteren Lage zusammen sechsundneunzig Kegelringsegmente 4. Aus Platten herausgetrennte Segmente mit gleichen polaren Radien können dabei in einer und derselben Aufspannung bearbeitet werden, beispielsweise beim gewählten Bogenwinkel von 35° können an zehn Ringsegmenten 4 gleichzeitig die Drehoperationen Ruf einem Karussell vorgenommen werden. Die zu den sechzehn Kegelsegmenten zusammensetzbaren sechsundneunzig Kegelringsegmente 4 können zudem sehr einfach in Regalen untergebracht werden, wohingegen die entsprechenden sechzehn Kegelsegmente der bisherigen Ausführung· einen weiträumigen Lagerplatz beanspruchen.

Um jede beliebige Evolvente einstellen zu können, sind die Ringsegmente tangential zu- oder gegeneinander verschiebbar gestaltet. Nach F i g. 4 weisen sie einen ringförmigen, umlaufenden Versatz 5 auf, in welchem die Zentrierung erfolgt. Die lösbare Schraubenverbindung, die ein Verschieben der einzelnen Segmente ohne völlige Demontage derselben gestattet, ist durch die Gewindelöcher 6 und die Langlöcher 7 in Umfangsrichtung gegeben. Aufgrund des massiven Querschnittes und der gewählten Fügung sind die Ringsegmente selbst bei stärkster Belastung verzugsfrei und auch nach längerem Gebrauch maß- und formbeständig.

In F i g. 5 wird in einer schematischen Draufsicht und einer Abwicklung eines Kegelsegmentes das Prinzip der Grundform erläutert. Der Kegelwinkel β beträgt beispielsweise 40°. Je nach der zu formenden Evolvente findet eine entsprechende tangentiale Verschiebung einzelner Ringsegmente 4 statt Eine Veränderung der Ausladung (r\ r")der Wickelköpfe kann durch einfaches Zufügen oder Abbauen von Ringsegmenten Rechnung getragen werden.

F i g. 6 zeigt, analog zu F i g. 2, ein auf dem Grundbalken 1 montiertes Werkzeug aus sechs Kegelringsegmenten 4. In die Nuten 2 sind Anschlagbolzen 8 eingefügt, mit denen mittels einer Schablone die Evolventenform fixiert wird. Die Stirnenden der drei rechten Ringsegmente sind gegengleich abgeschrägt. Dies ist ohne weiteres zulässig, da die Evolvente eine schließende Charakteristik aufweist d. h, jeweils am spitzwinkligen Stirnende ein- bzw. austritt. Zum schon erwähnten Vorteil der Gewichtseinsparung bei voller Erhaltung des wirksamen Bogenmaßes wird zusätzlich ein Fertigungsvorteil erzielt. Beim Aufspannen auf einer Karussellplatte greifen die beiden schrägen Stirnenden benachbarter Ringsegmente ineinander. Beträgt die Abschrägung beispielsweise 10% vom Bogenmaß, so können 10% mehr Ringsegmente in der gleichen Aufspannung aufgelegt werden.

Nicht in den F i g. 2 und 6 gezeigt sind die für das Verständnis der Erfindung unwesentlichen Segmentplatten und Konsolen, mittels denen das Werkzeug auf dem Grundbalken befestigt und abgestützt wird. Erwähnenswert scheint dennoch die Tatsache, daß auch diese Elemente beim erfindungsgemäßen Werkzeug nach dem Baukastenprinzip erstellt sind und mit lösbaren Schraubenverbindungen montiert werden.

Die Handhabung des Formwerkzeuges ist die gleiche wie jene des zum Stand der Technik zählenden Kegelsegmentes. In die mit je einem linken und rechten Werkzeug bestückte Grundform wird ein an den Wickelkopfteilen vorgebogener Leiter eingelegt, um den Stirnbügeln die endgültige Form, im vorliegenden Fall die Evolvente zu geben. Dies geschieht mit in den Nuten 2 eingeführten Biegeköpfen, welche mechanisch, vorzugsweise hydraulisch, oder elektrisch betätigt werden.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das Beschriebene beschränkt. Zweckmäßigerweise wird man für alle normierten Kegelwinkel einen Baukastensatz Ringsegmente vorsehen. Mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug können statt evolventenförmige auch zylindrische Stirnbügel geformt werden.

In Abweichung zu dem in der Zeichnung Dargestellten können die Kegelringsegmente statt in konvexer ebensogut in konkaver Form ausgeführt werden, wodurch sich eine Verwendung als Kontrollformen anstelle der bisherigen Spulenrechen anbietet.

Es versteht sich, daß das Werkzeug nicht nur der Formgebung, sondern auch dem Ausbacken, dem Pressen und der Kontrolle dienen kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Formwerkzeug für Wickelkopfteile elektrischer Maschinen, wobei die Form der Stirnbügel der aus mehreren Stäben aufgebauten Leiter einer Evolventenabwicklung auf einem Kegel entspricht, und wobei die Kegelform des Werkzeugs aus mehreren, zusammenfügbaren Elementen mit gleicher Kegelachse gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente Kegelringsegmente mit gleichem Kegelwinkel sind, welche tangential zur Kegelachse zu einem schiefgestellten Kegelsegment verschiebbar sind, und daß die Kegelringsegmente mit Nuten zur Aufnahme von Biegeköpfen versehen sind. is

2. Formwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelringsegmente an den Stirnenden gegengleich abgeschrägt sind.

3. Formwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelringsegmente gleiche axiale Breite und gleichen Querschnitt aufweisen.