DE254349C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

-JVr 254349 .-KLASSE 21 el. GRUPPE

<Dtyi.»3ng. HANS HOLTZE in MAGDEBURG.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 19. November 1911 ab.

Wicklungen mit rechteckigem Drahtquerschnitt sind schon jetzt bei Maschinen mit großen Stromstärken, also großem Leiterquerschnitt, üblich und bieten vor denen mit Runddraht den Vorteil besserer Raumausnutzung. Bekannt ist auch die Anordnung mehrerer Metallbänder in einer Nut über- oder nebeneinander. Um solche Metallbandwicklungen handelt es sich hier; das wesentlich Neue der

ίο vorliegenden Wicklungen liegt aber in der eigenartigen Kröpfung der Spulen, wozu das Metallband so dünn und geschmeidig sein muß (Kupferband), daß es sich ohne Beschädigung um i8o° scharfkantig umfalzen läßt, wie bei c (Fig. 5 bis 8, ii, 13 und ig bis 27) ersichtlich ist. Hier sind die Falzkanten um 45 ° gegen die Längsrichtung des Metallbandes b gelegt, so daß dieses nach der Wicklung schmale, flache Rechtecke bildet (s. Fig. 11 und 22 bis 24). Aus diesen sehr geschmeidigen Rechtecken werden durch leichtes Ausspannen die zum Einlegen fertigen Spulen erhalten (Fig. 8 und 19), deren wirksame Leiter durch die Strecken a-a gebildet werden. Dann nehmen die Leiter mit ihrer Isolation in den gekröpften Spulenecken etwa die doppelte Umfangsbreite ein wie in den Nuten, aber dort ist auch die ganze Nutenteilung verfügbar, während innerhalb des Ankers die Zahnbreite und Nutenisolation davon abgehen. In den Stirnverbindungen werden die Leiter der Krümmung der Ankeroberfläche entsprechend etwas verwunden. Natürlich können die Spulen auch in anderen Flachrahmenformen als in der von Rechtecken und mit anderen Eckwinkeln als 90 ° gewickelt werden, und geübte Arbeiter können sie auch unmittelbar in der endgültigen Form wickeln. .

Von großem Wert ist bei dieser Herstellungsweise die weitgehende Schonung des Metallbandes und seiner Isolation sowohl beim Wickeln als auch beim Spannen und Einlegen der Spulen, während die bisherigen Wicklungen starkes Pressen, Ziehen oder Zurechtklopfen und daher große Übung und Sorgfalt verlangten, wenn die Drahtisolation nicht beschädigt werden sollte. Diese mußte daher meist stärker bemessen werden, als die zwischen benachbarten Leitern zu erwartende ,-Spannung allein bedingt hätte. Vorliegende Wicklung dürfte aber wegen der geschützten Lage der Isolation zwischen den breiten Metallbändern äußerste Einschränkung ihrer Stärke gestatten; in vielen Fällen dürfte der bekannte Emaillelacküberzug oder eine nach Fig. 2 und 3 die Metallbänder zickzäckförmig durchsetzende Papierisolation i von wenigen Hundertsteln Millimeter Stärke ausreichen. Der entgegen-, gesetzte Grenzfall wären Isolierbänder, die mit äußerst dünner Metallfolie belegt sind.

Wie erheblich dadurch an Raum gespart werden kann, zeigt Fig. 1 bis 3. Der Deutlichkeit halber sind hier die Querschnitte der Metallbänder δ und ihrer Isolation i nicht schraffiert.

Fig. ι ist die fünffache Vergrößerung der Zweischichtenrunddrahtwicklung eines ausgeführten V₂ PS-Gleichstrommotors. In jeder Nut liegen 30 Drähte von 0,7 mm Durchmesser nackt, also 0,39 qmm Kupferquerschnitt, und 0,9 mm Durchmesser isoliert, so daß die Isolation 0,1 mm stark ist. Jeder Draht beansprucht also 0,81 qmm Nutenraum, alle 30 Drähte nebst Isolation demnach 24,3 qmm. Fig. 2 zeigt dieselbe Wicklung mit bandförmigen Leitern von 0,13 ■ 3 mm = 0,39 qmm Querschnitt und 0,05 mm starkem Ölpapier als Zickzackisolation. Diese Spulenseite nimmt nur 16,75 qmm Nutenraum ein, also nur 69 Prozent der ersteren. Fig. 3 zeigt 30 Bänder von 5 · 0,08 = 0,4 qmm Querschnitt mit Zickzackisolierung 0,05 mm stark in der Nut einschichtig angeordnet, dazu noch zwei Drähte w, welche zu zwei je einen der beiden Nachbarzähne umgebenden, also nur mit je einem Zahnkraftfluß verketteten Spulen gehören. Diese sollen mit dem an der Polkante abschattierten Hauptkraftfluß zusammen die zur Stromwendung erforderliche Wende-E. M. K.

erzeugen und erfordern eine breite und seichte Nutenform mit geringem magnetischen Widerstand, wie sie Fig. 3 zeigt. Der Raumbedarf beträgt nur 20 qmm, also 82,8 Prozent von Fig. i. Die Nut (Fig. 3) ist nur unwesentlich breiter als Fig. 1. Dazu kommt in allen drei Fällen noch die Spulen- und Nutenisolation f und q. Offenbar gestatten die bandförmigen Leiter viel größere Freiheit in Form und Einteilung der Nut und Bemessung der Leiterzahl.

Vorteilhaft ist auch die scharf umrissene Spulenform, welche meist z. B. in der Ausladung der Spulenköpfe, also Bemessung der Ankerlänge, noch Raum ersparen läßt. Fig. 4 bis 16 zeigen die Herstellung der Wicklung nach Fig. 2, Fig. 17 und 18 dieselbe für halbgeschlossene Nuten, Fig. 19 bis 22 die Herstellung der Wicklung Fig. 3, Fig. 23 bis 25 Wicklungen für ganz geschlossene Nuten, Fig. 26 und 27 eine Drehstromeinlochwicklung aus Kupferband.

Fig. 7 ist Queransicht, Fig. 11 Ansicht von oben einer Vorrichtung zur Herstellung einer gewöhnlichen Zweischichtenzylinderwicklung nach Fig. 2. Auf dem Grundbrett g ist die Mittelschiene m befestigt, deren Breite etwa der Höhe der Spulenkröpfung, deren Umfang dem Umfang der Spule entspricht und die entweder, wie gezeichnet, in ganzer Länge voll durchgeht oder an passenden Stellen unterbrachen sein kann. Um die Mittelschiene m wird das Metallband b nebst Isolation durch Umfalzen an den Enden der Spulenseiten so

• gewickelt, daß die Ebene des Metallbandes b senkrecht zur Mittelschiene m steht. Die Isolation ist in Fig. 11 nicht sichtbar, weil hier die Wicklung aus emailleüberzogenem Metallband besteht. Zu Beginn (in der Figur rechts unten) läßt man ein genügend langes Stück e als Verbindung zum Stromwender überstehen. An der linken Ecke der Schiene m wird nun das Band bei c über das schon liegende Ende e hinweg im rechten Winkel scharf umgefalzt, dann dicht längs der Schiene m geführt und nun an jeder Ecke dieses Umfalzen in bestimmter Weise wiederholt. Man schlägt vorteilhaft an den beiden Ecken der einen Schmalseite (Fig. 11 unten) das noch freie Band b über das schon liegende, an den beiden anderen Ecken (Fig. 11 oben) immer unter das schon liegende Band, bis die beabsichtigte Lagenzahl gewickelt ist. Dabei kann man die schon liegenden Schichten durch in Löcher I des Grundbrettes gesteckte Stifte s (Fig. 7) seitlich und durch federnde Klammern k nach unten festhalten. Hat man die letzte Lage rechts an der Schiene m heruntergewickelt, so falzt man das Band in Richtung des Anfangsstückes s um, beläßt wieder ein genügend langes Stück als Stromwenderverbindung und trennt das Band ab. Bei der angegebenen Falzungsart entsteht ein flacher rechteckiger Rahmen, dessen eine Längsseite (Fig. 11 links) in den Falzecken c immer über den beiden Schmalseiten, dessen andere (Fig. 11 rechts) immer unter den Schmalseiten zu liegen kommt. Zum Einlegen empfiehlt es sich, die wirksamen Leiter a-a in entgegengesetzter Richtung zu spannen, als in der sie über die Schmalseiten hinweggehen, also in Fig. 11 die Längsseite links mit dem Blick, die Längsseite rechts gegen den Blick des Lesers. Dann entsteht die scharf ausgeprägte Spulenform (Fig. 5, 6 und 8), von welchen Fig. 5 die Seitenansicht einer fertigen Spule mit einer Windung, Fig. 6 die Längsansicht der Kröpfung von Fig. 5 mit den beiden Falzecken c, Fig. 8 die Schrägansicht einer fertigen Spule mit zwei Windungen ist. Spannt man in entgegengesetzter Richtung, so biegen sich die Falzecken c leicht wieder auf und nehmen die unbestimmte Form (Fig. 4) an, so daß sie beim Einlegen in die Nuten am Umfang nicht ineinander passen. Allerdings läßt sich dies Aufbiegen durch dicht an den Falzecken c um die Spulenseiten gelegte Bunde oder durch um die Falzecken c selbst gelegte Klammern wirksam verhindern.

Soll die Isolation aus Papier oder einem ähnlichen Stoff bestehen, so wäre es schwierig, das Metallband damit schon vorher zu bekleiden. Vielmehr ist es besser, die Isolation erst beim Wickeln mit einzulegen. Dazu wird sie in Streifen i von etwas größerer Länge geschnitten, als der halbe Umfang des Rechtecks (Fig. 11) beträgt und schon vorher der Breite des Metallbandes entsprechend gefaltet (Fig. 7 und 9). Sehr geübte Arbeiter können die Isolation wohl auch erst beim Wickeln falten.

Zwei dieser Streifen werden dicht an die beiden Längsseiten der Mittelrippe m herangelegt, und zwar, damit sie genügend fest liegen, zweckmäßig auf Längsleisten h (Fig. 7) von quadratischem Querschnitt, an deren Seitenwand die unterste Falte durch den Stift s festgehalten wird. Dabei schneidet das eine Ende eines jeden Streifens mit je einer Schmalseite der Mittelrippe m ab, die anderen Enden stehen um mehr als doppelte Schmalseitenlänge darüber hinaus; die beiden Papierstreifen i (Fig. 10 und 12) sind in richtiger Längslage zur Rippe m (Fig. 11) gezeichnet. Das Metallband &-wird abwechselnd in eine Innenfalte und in eine Außenfalte jedes Papierstreifens gewickelt. Damit man nun die einzelnen Bandlagen an den Ecken c nach obiger Vorschrift falzen . kann, wird das überstehende Stück r des Papierstreifens i nach Bedarf entweder in den Innenfalten oder in den Außenfalten aufgeschlitzt

(s. Fig. 9 die starken Linien). Liegt das Metall-

■ band beim Wickeln gerade außen zwischen zwei solchen. Schlitzen, so wird es nackt um die betreffende Schmalseite herumgefalzt. Liegt es innen zwischen zwei solchen Schlitzen, so wird es zusammen mit dieser Papierfälte herumgefalzt und in die betreffende Falte des anderen Papierstreifens eingelegt, so daß die Isolation sich hier überlappt. So wird jede Lage des Metallbandes durch die ganze Spule hindurch ununterbrochen gegen ihre Nachbarlagen isoliert. Für das Wickeln ist es bequem, die Schlitzstellen r (Fig. 9) in die Höhe zu knicken, so daß sie eine Handhabe zum Öffnen der jeweils zu bewickelnden Falte bieten und die schon liegenden Falzecken nicht überdecken. Die Verbindungsenden e zum Stromwender werden für sich isoliert. Die weitere Behandlung der Spulen geschieht dann wie oben.

Statt zwischen je zwei Metallbandlagen nur eine Papierlage zu wickeln (Zickzackisolierung nach Fig. 2 und 3) kann man auch, wenn das Papier zu dünn oder der Spannungsunterschied zu groß ist, je zwei Papieiiagen i nach Fig. 15

4-5 oder noch mehrere anordnen oder, wenn zwei benachbarte Leiter einmal größeren Spannungsunterschied haben als die übrigen, hier mehr Papierlagen einlegen als sonst.

So sehr bei obigem Verfahren die Isolation im allgemeinen geschont wird, so unterliegt sie doch offenbar gerade in den Falzstellen c erhöhter Beanspruchung. Man kann aber hier leicht noch besondere Isolationsstreifen V (Fig. 16) von vornherein oder bei der leichten Zugänglichkeit dieser Stellen nachträglich einlegen.

Da die ganzen Spulen und somit auch ihre freiliegenden Köpfe sehr geschmeidig sind, so müssen letztere durch die bekannten Mittel, wie Stützflansche, Deckschalen oder Bandagen, in ihrer Lage gesichert werden. Eine besonders wirksame Befestigung kann man nach Fig. 13 und 14 noch den Spulenkröpfungen c wegen ihrer ausgeprägt ebenen Form und radialen Stellung durch isolierende Zwischenstücke 0 verleihen, welche solche Breite haben müssen, daß sie mit den Kröpfungen zusammen eine geschlossene ringförmige Bahn konzentrisch zum Ankerumfang bilden. Sie werden durch den Ring ν mit konischen Innenflächen und die am Anker befestigten Bolzen s kräftig angezogen, wobei sie in Einschnitten ζ des Ankerkörpers, wie gezeichnet, oder in entsprechen-.den des Ringes ν geführt werden. In Fig. 14 sind ζ die längsschraffierten Ankerzähne; am obersten Spulenkopf sind durch Längsschraffierung die einzelnen Bandlagen angedeutet, um das Aufbauschen in den Kröpfungen zwischen den Isolierstücken 0 zu zeigen.

Wählt man zur Isolation ein hitzebeständiges Papier (Asbest) und stattet alle Wicklungen einer Maschine damit aus, so kann man dafür eine weit höhere Erwärmung und damit größere Leistung zulassen, als es mit den jetzt üblichen Isoliermitteln möglich ist. Einen großen Vorteil bietet der flachgeschichtete Spulenaufbau noch insofern, als man einen starken Druck bis an die Fließgrenze des Spulenmaterials senkrecht zur Bandbreite ausüben darf. Man kann demnach sofort nach der Wicklung die in Fig. 19 punktierte Nutenisolation ft aufpressen und erhält dann eine so feste Isolierung und zugleich einen solchen mechanischen Schutz der Spule beim Einlegen, daß damit eine weitere Einschränkung der Nutenabmessungen möglich wird.

Da die äußere Form dieser Spulen diejenige gekröpfter viereckiger Stäbe nachahmt, so sind sie für alle Nutenformen wie diese selbst anwendbar, auch für halbgeschlossene und ganzgeschlossene. Fig. 17 und 18 zeigen das Einlegen in halbgeschlossene Nuten. Dafür sind so viel Teilspulen zu wickeln, daß jede einzelne noch durch den Nutenschlitz t eingeführt werden kann.

Um die ganze Nutentiefe für die Bandbreite auszunutzen, kann man die Metallbänder in den Nuten einschichtig, in den Köpfen aber zweischichtig anordnen. Man wickelt dann zunächst Flachrahmen nach Fig. 22, und zwar, η° da die beiden wirksamen Drahtstrecken a-a nicht zusammengewickelt werden dürfen, auf einer Vorrichtung mit drei Wickelbahnen (Fig. 21), von denen zwei seitlich der Mittelrippe m und eine oberhalb einer an dieser vorgesehenen Seitenrippe q liegen. Für Papierisolation werden dabei vier Streifen erforderlich, je einer für jede der vier Längsseiten. Eine fertige Wicklung hat dann vier Kröpfungsbahnen c (vgl. Fig. 25), zwei wie gewöhnlich ganz außen, zwei dicht neben dem Anker.

Ist die Wicklung für geschlossene Nuten be-

stimmt, so werden die Flachrahmen aus entsprechend kurzen Bandstücken einerseits offen gewickelt (Fig. 23 zweischichtig in den Nuten und Köpfen und Fig. 24 einschichtig in den Nuten, zweischichtig in den Köpfen) und zunächst nur einseitig gespannt. Das weitere Verfahren wird verschieden, je nachdem die Nutenisolation p in der üblichen Weise in die Nuten eingelegt wird (Fig. 25 untere Spule) oder ob man sie auf die Spulen aufpreßt (die beiden oberen Spulen daselbst). Im ersteren Falle läßt man zweckmäßig die Papierisolation um mehr als Ankerbreite über die freien Enden der Metallbänder überstehen und zieht an diesen leeren Papierlängen die Spulen in die Isolierröhren ein. Soll die Isolation aufgepreßt werden, so muß man die ganze Wicklung auf entsprechend dem Eisenkörper genuteten Schablonen fertig verlegen und kann sie dann durch die leeren Nuten durchschieben. In beiden Fällen werden dann auf der anderen Seite die freien Spulenseiten gebogen und gekröpft (Fig. 23 und 24 punktiert) und nun gemäß dem Wicklungsschema geschlossen. Dazu werden die abgekröpften, freien Leiterenden und Isolationsenden an jeder Kröpfung in richtiger Reihenfolge flach zwischen diejenigen des zugehörigen anderen Spulenendes gelegt (Stoßecke f, vgl. Fig. 20, 23 und 24). Werden diese Kröpfungen nach Fig. 13 durch isolierende Zwischenstücke 0 im Kreise gegenseitig stark verspannt, so dürfte Lötung der Stoßecken f entbehrlich sein, weil die Kontaktfläche bei dünnen Bändern leicht fünfzig- bis einige hundertmal größer wird als der Leiterquerschnitt. Vorzüglich eignen sich die vorliegenden Wicklungen auch für Wechselstrommaschinen, weil sie eine besonders wirksame Unterdrückung der Wirbelströme in den Ankerleitern gestatten.

Bei den üblichen Stabwicklungen schränkt man die Wirbelströme des Nutenquerfeldes wegen entweder durch Unterteilung der Stäbe quer zur Nut ein oder indem man sie durch verdrillte Kupferlitze ersetzt. So könnte man auch die Metallbandlagen quer zur Nut stellen, also senkrecht zu der in Fig. 2, 3 und 18 dargestellten Anordnung. Aber auch wenn man die Metallbänder wie dort mit den Breitseiten radial nebeneinander stellt, bilden die nach obiger Vorschrift Seite 2 ausgeführten Falzungen c an sich schon eine sehr wirksame Drillung. Außerdem kann man noch in den Falzecken c statt nur einer Bandlage deren zwei oder mehrere gleichzeitig.umfalzen, soweit das die Nachgiebigkeit der Isolation gestattet.

Damit die Falzungen wie eine Drillung der Leiter wirken, müssen in jeder Kröpfung beide Falzungen c in demselben Drallsinne erfolgen.

Die vorliegenden Wicklungen eignen sich nicht nur für Hochspannungsmaschinen, sondern auch bei Maschinen für große Stromstärken bilden sie einen ausgezeichneten Ersatz der Stabwicklung, wenn man bei feiner Unterteilung des Leiterquerschnittes in Metallbänder deren entsprechend viele parallel schaltet.

Je breiter und dünner das Metallband gewählt wird, um so abweichender im Vergleich mit Runddraht wird sein Verhalten gegenüber veränderlichen Strömen. Bei gleichen Verhältnissen, insbesondere gleichem Metallquerschnitt, hat ein bandförmiger Leiter offenbar um so geringere Selbstinduktion, je breiter und dünner er ist. Denn für die gleiche Stromstärke verschwindet dann nicht nur das innerhalb des Leiters verlaufende Kraftfeld mehr und mehr, sondern auch von dem äußeren wird der Kraftlinienweg gerade für den stärksten, dicht am Leiter verlaufenden Bereich beträchtlich verlängert, also der magnetische Widerstand größer. Bei Spulen aus Metallbändern würde diese Verringerung der Selbstinduktion allerdings erst merklich, wenn die Bandbreite parallel zur Spulenachse steht und im Verhältnis zur Polteilung groß ist. Die Kapazität derart breiter und dünner Metallbänder ist wesentlich größer als die von Runddrähten gleichen Querschnittes. Die Oberfläche wird nicht nur an sich größer, sondern bei in Nuten gebetteten Spulen wird sie auch in ganzer Ausdehnung dicht an entsprechende Flächen anderen Potentiales gerückt (die eiserne Nutenwand oder bei Anordnungen nach Fig. 3 die andere Spulenseite in derselben Nut). Durch das Wicklungsschema hat man es in der Hand, Bandleiter von großem Potentialunterschied nebeneinander zu stellen. Auch die sogenannte Hautwirkung, d. h. ungleiche Verteilung des Stromes über den Leiterquerschnitt und dadurch Vergrößerung des Ohmschen Widerstandes bei sehr schnell veränderlichen Strömen, wird bei breiten und dünnen Metallbändern gering. Der elektrische Strom entsteht, wie man annimmt, durch Einwanderung von Energie aus dem Äther in den einer E. M. K. ausgesetzten Leiter, ähnlich,dem Wärmeausgleich zwischen Körpern verschiedener Temperatur. Wie die Wärme, so kann auch die elektrische Energie bei raschem Wechsel einen runden Körper nicht so vollständig durchsetzen als einen dünnen und breiten gleichen Querschnittes.

Claims (2)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Nutenwicklung für elektrische Maschinen, deren einzelne Spulen aus hochkantig neben- oder übereinandergestellten Metallbändern bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß bei geschlossenen Nuten einige und bei offenen Nuten alle Abkröpfungen (c) innerhalb der Spulen durch Umfalzen der dünnen und geschmeidigen bandförmi-

   gen Leiter (b), mit denen auch ihre Isolation (i) umgefalzt wird, hergestellt sind.
2. 2. Flachbandwicklung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolation aus einzelnen, der Breite des Metallbandes (h) entsprechend gefalteten (Papier-) Streifen (i) zusammengesetzt ist, wobei die Falten jedes Isolationsstreifens (i) an den Kröpfungen (c) aufgeschlitzt sind (vgl. r, Fig. 9, und x, Fig. 10 und 12) und einzeln überlappt in die des angrenzenden Streifens gelegt werden.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.

   BERLIN. GEDRUCKT IN REICWSDIiUClCERfit.