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VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON ELEKTROMAGNETEN
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sie vorliegende Erfindung bezieht sich auf cie Elektrotechnik und
insbesondere auf ein Verwahren zur Herstellung von Elektromagneten.
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Besonders wirksam Bann aas erfindungsgemäß durchzuführende Verfahren
Dei der Herstellung von Slektromagneten verwendet werden, die eine Erregerwicklung
aufweisen, welche einen Streifen aus einem elektrisch leitenden Material darstellt,
der zu einer Spirale derart gewickelt ist, daß sich zwischen den Spiralwindungen
Abschnitte aes Berromagnetlelters befinden und die spiralwindungen aur einer Stirnfläche
des Magnetleiters offen sind und parallel zu dieser Stirnfläche verlaufen.
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Ein derartiger Elektromagnet wird im weiteren als Elektromagnet mit
spiralförmigem Magnetsystem bezeichnet.
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Die Erfindung kann ebenfalls bei der Herstellung von einzelnen Magnetleiterteilen
für verschiedene elektrische Geräte Verwendung finden, die eine Wicklung in Form
einer
aus einem Streifen aus einem elektrisch leitenden Material
gewickelten Spirale aufweisen, zwischen deren Windungen ein Ferromagnetikum angeordnet
ist.
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Weitgehend bekannt ist gegenwärtig ein Verfahren zur ilerstellung
von Blektromagneten mit s piralförmigem Magnetsystem, bei dem im Magnetleiter, der
in Form einer Scheibe aus einem Ferromagnetikum, u.zw. aus Stahl, ausgeführt ist,
Spiralnuten mit einem Schneidwerkzeug eingearbeitet werden.
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Die Nuten können ebenfalls mit einem Fräswerkzeug und in einigen Fällen
durch Elektroeosionsverfahren gebildet werden. Die Erregerwicklung wird aus einem
Streifen aus einem elektrisch leitenden Material gefertigt, der mit elektrischer
Isolation beschichtet und zu einer Spirale gewickelt wird. Anschließend wird die
Brregerwicklung in die Spiralnut des Magnetleiters eingesetzt.
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Der Hauptnachteil des bekannten Verfahrens ist eine ungenügende Arbeitsleistung,
die durch die Notwendigkeit bedingt ist, daß im Magnetleiter enge und tiefe Spiralnuten
eingearbeitet werden müssen, um danach in diesen die Wicklung unterzubringen, die
aus einem dEnnen und breiten Streifen aus elektrisch leitendem Material gewickelt
ist.
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Zur Ausbildung einer derartigen Nut muß die Bearbeitung mit niedrigen
Schneidgescbwindigke iten durchgeführt
werden, wodurch eine ungenügend
hohe Arbeitsleistung bedingt ist. Bei der Elektroerosionsbearbeitung ist die Geschwindigkeit
des Arbeitsvorgangs infolge dee-z schwierigen Entfernung der Brvnsionsprodukte aus
der engen und tiefen Nut ebenfalls gering.
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Bin anderer Nachteil des bekannten Verfahrens ist dadurch bedingt,
daß bei der Ausbildung von Nuten im Magnetleiter mit Schneidwerkzeug die Standzeit
des Werkzeugs gering ist, weil zur Gestaltung einer engen und tiefen Nut tblicherweise
ein Werkzeug mit einem geringen Querschnitt eingesetzt wird, der mit den Abmebsungen
der Nut übereinstimmt, wodurch dessen Festigkeit herabgesetzt ist. Bei der Bearbeitung
von Nuten durch das Ele W roelvosionsverfahren ist die Standzeit des für diesen
Arbeitsgang eingesetzten: Werkzeugs infolge schnellen Verschleisses ebenfalls gering.
Das Werkzeug weist dabei ein ziemlich kompliziertes Profil auf, das der Form der
zu beàrbeitenden Oberfläche entspricht, und ist deshalb kompliziert in der Herstellung.
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Ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens ist, daß der Arbeitsgang
zum Einsetzen der Wicklung in die Spiralnut ziemlich arbeitsintensiv ist und dabei
die Isolation oft beschädigt wird.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt, die genannten Nachteile zu beseitigen.
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Der Erfindung wurde die Aufgabe zugrundegelegt, ein Verfahren zur
Herstellung von. Elektromagneten mit spiralförmigem Magnetsystem zu schaffen, bei
dem das spiralförmige Magnetsystem derart ausgebildet ist, daß die Arbeitsleistung
bei der Elektromagnetherstellung gesteigert wird.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren zur Herstellung
von Elektromagneten, bei welchem in dem aus einem Ferromagnetikum gefertigten MagneUleiter
die Erregexwicklang angeordnet wird, die mindestens einen an die Stromquelle anzuschließenden
und mit Elektroisolation vorbeschichteten Streifen aus einem elektrisch leitenden
Material darstellt, wobei dieser zu einer Spirale derart gewickelt wird, daß sich
zwischen den Spiraiwindungen Abschnitte des Magnetleiters befinden und die Spiralwindungen
auf einer Stirnfläche des Magnetleiters offen sind uniparallel zu dieser Stirnfläche
verlaufen, erfindungsgemäß der Magnetleiter aus zwei Teilen ausgebildet wird, deren
erster mindestens einen Streifen aus Ferromagnetikum darstellt, der auf mindestens
einen Streifen aus elektrisch leitendem Material während dessen Wicklung zur Spirale
aufgelegt wird, und dessen zweiter das Joch darstellt, das durch Aufschmelzen einer
Ferromagnetikum schicht auf die Stirnfläche des erstenxagnetleiBertells
gebildet
wird, die der offenen Stirnfläche gegenüberliegt.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können die Arbeitsgänge zum
Wickeln der Streifen aus elektrisch leitendem Material und aus Ferromagnetikum bei
der Ausbildung des ersten Magnetleiterteils sowie zum Aufschmelzen der Ferromagnetikumschicht
bei der Ausbildung des zweiten Magnetleiterteils automatisch mit einer wesentlich
größeren Geschwindigkeit als bei-der Bearbeitung der Nuten und beim Einsetzen der
Wicklung in diese nach dem bekannten Verfahren durchgeführt werden.
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Außerdem ist die Dauer dex nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durchzuführenden
Arbeitsgänge vom Verhältnis der Abmessungen der zu wickelnden Streifen und der Eigenschaften
der zu verwendenden Werkstoffe im so daß diese wesentlichen nicht abhängig, t unter
Berucksichtigung der optimalen Betriebseigenschaften des Elektromagneten gewählt
werden können.
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Bei der Herstellung von Blektromagneten nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren ist der Einsatz von während des Bearbeitungsvorgangs schnell verschleißenden
Werken zeugt nicht erforderlich.
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Im Unterschied zum bekannten Verfahren entfällt bei der Herstellung
des blektromagneten nach dem ervindllng gemäßen Verfahren das Einsetzen der Erregerwicklung
in
die Nut und folglich ist die xöglichkeit einer beschädigung der
elektrischen Isolation der Wicklung elimlnlert.
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Zweckmäßlg wird jeder Streifen aus Ferromagnetitum mit einer größeren
Breite als der Streifen aus elektrisch leitendem Material ausgebildet und zwischen
den freien Abschnitten der benachbarten Windungen des Streijenes aus Berromagnetikum
im Stoß mit dem Streifen aus elektrisch leitendem Material auf der Seite der Stirnfläche,
auf die die Berromagnetikumschicht aufgeschmolzen wird, mindestens ein zusätzlicher
Streifen aus Ferromagnetikum angeordnet Dadurch wird die Wärmeeinwirkung des während
des Aufschmelzvorganges geschmolzenen Ferromagnetikums auf die elektrische Isolation
der Erregerwicklung herabgesetzt. Dabei wird die Stabilität des Aufschmelzvorganges
bei der Ausbildung des anderen Magnetleiterteils dadurch erhöht, daß in diesem Fall
die Oberfläche, auf die.das Ferromagnetikum aufgeschmolzen wird, homogen ist.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung Cines blektromagneten
wird die Arbeitsleistung wesentlich erhöht, der Einsatz von während des Bearbeitungsvorgangs
verschleiß enden Werkzeugen entbehrlich sowie die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung
der elektrischen Isolotion der Erregerwicklung verringert.
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Die genannten Besonderheiten und die anderen Vorteile der Erfindung
werden an Hand des nachstehenden burchführungsbeispiels sowie der beiliegenden Zeichnung
näher erläut;ert, in welcher der Elektromagnet mit teilweise aufgeschmolzenem Joch
im Radialschnitt bis zur Symmetrieachse schaubildlich dargestellt ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird auf folgende Weise durchgeführt.
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Der Magnetleiter 1, der einen Teil des herzustellenden Elektromagneten
mit spiralförmigem Magnetsystem darstellt, in dem der Hauptmagnetstrom erzeugt wird,
besteht erfindungsgemäß aus zwei Teilen 2 und 3.
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Der Teil 2 des Magnetleiters wird aus einem Streifen 4 aus einem
Ferromagnetikum, u.zw. aus einem kohlenstoffarmen Stahl, ausgefiihrt. Zur Herstellung
des Elektro magneten wird ein Stab 5 zylindrischer Form verwendet, der aus einem
Stahl gefertigt und mit einem zylindrischen Vorsprung 6 versehen wird. Mit dem einen
Ende wird der Streifen 4 an die zylindrische Oberfläche des Stabes 5 angeschweißt.
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Als Brregelmicklung 7 des Elektromagneten wird ein Streifen aus einem
elektrisch leitenden Material, u.zw.
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aus Kupfer, verwendet, welcher ebenfalls mit dem Bezugszeichen 7 bezeichnet
ist. Dieser Streifen 7 wird mit einer wärmebeständigen Elektroisolationsschicht
8 versehen,
und zwar auf eine beliebige geeignet leise.
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Als elektrische Isolation 8 wird Quarzglasgewebe oder ein anderer
geeigneter bekannte wärmebeständige Elektroisolationsstoff genommen Der Stahlstreifen
4 wird auf den Kupferstreifen 7 gelegt, der mit der Elektroisolationsschicht 8 versehen
ist.
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Der Stahlstreifen 4 weist eine grössere Breite als der Kupferstreifen
7 auf, weshalb beim Auflegen des Stahlstreifens 4 auf den Kupferstreifen 7 auf dem
Stahlstreifen 4 neben dem KupSerstreifen 7 und zu beiden Seiten von diesem freie
Abschnitte 9 und 10 bleiben. Auf dem Abschnitt 9 wird neben dem Kupferstreifen 7
ein zusätzlicher Stahlstreifen angeordnet, der ebenfalls mit dem Bezugszeichen 9
bezeichnet ist. Durch den zusEtzlichen Stahlstreifen 9 wird die Temperatur der Erhitzung
der Llektroisolationsschicht 8 während der nachfolgenden Ausbildung des Teils 3
des Magnetleiters durch Aufschmelzen herabgesetzt und dadurch die Möglichkeit einer
Beschädigung der Blektroisolationsschicht ö beim Aufschmelzen reduziert.
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Das nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellte Paket aus
den drei Streifen 4, 7 und 9 wird um den Stab 5 zu einer Flachspirale gewickelt,
d.h. zu einer derartigen Spirale, bei der die Stirnflächen der Windungen in der
gleichen Ebene liegen. Das Wickeln der Streifen 4, 7 und 9 zur Flachspirale wird
durch die Drehung des Stabes 5 mittels bekannter mechanisch angetriebener Vorrichtungen
durchgeführt, die zu diesem Zweck geeignet sind. Beim Drehen des Stabes 5 wird das
Ende des Streifens 4 mitgenomrnen, das an die zylindrische Oberfläche des Stabes
5 angeschweißt ist. Dabei bewegen sich die Streifen 7 und 9 zusammen mit dem Streifen
4, und mxr durch die Reibungskräfte, die an der Berahrungæstelle der Streifen 7
und 9 mit dem Streifen 4 entstehen. Während der Drehung werden die Streifen 4, 7
und 9 an den Stab 5 sowie aneinander mit einer Kraft angedrückt, welche zum Biegen
der Streifen 4, 7 und 9 auf der Spirallinie ausreichend ist sowie deren dichtes
Anliegen aneinander gewährleistet. Die Streifen werden mittels bekannter Vorrichtungen
angearückt, die zu diesem Zweck geeignet sind.
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Mit dem Drehen des Stabes 5 wird das Paket aus den drei Streifen
4, 7 und 9 gebogen, wobei Spiralwindungen entstehen. Nach der Bildung der erforderlichen
Anzahl
ion Spiralwindungen wird der Wickelvorgang unterbrochen.
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Dabei bildet der Stahlstreifen 4 die Abschnitte des Magnetleiters,
die zwischen den Windungen der Kupferstreifen der Erregerwicklung 7 liegen.
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Die Spiralwindungen der rregezwicklung 7 sind auf der Seite der Stirnfläche
2a des Teils 2 des Magnetleiters 1 offen und verlaufen parallel zu dieser.
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Die relative Versetzung der Oberflächen der Streifen 4 und 7, die
während des Wickelvorganges der Streifen 4, 7 und 9 zur Flachspirale zustandekommt,
ist gering und kann nicht zur Beschädigung der zwischen diesen angeordneten Isolation
8 führen.
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Die zwischen der zylindrischen Oberfläche des Stabes 5 und den Oberflächen
der Streifen 4, 7, 9 entstehenden Luftspalte werden durch den zylindrischen Vorsprung
6 des Stabes 5 von oben abgedeckt. Der Vorsprung verhindert das Einfließen von flüssigem
Metallin die genannten Spalte während der Gestaltung des Teils 3 des Magnetleiters
1 durch das Aufschmelzen. Dadurch ist die Möglichkeit einer Berührung des flüssigen
Metalls mit der Elektroisolationsschicht 8 des Streifens 7 savie. die damit verbundene
Zerstörung der Isolationsschicht 8 ausgeschlossen.
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Der oben beschriebene Vorgang der Wicklung der Streifen 4, 7 und
9 zur Flachspirale wird mit einer bedeutend grösseren Geschwindigkeit als die Bearbeitung.der
Spiralnuten und das Einsetzen der Erregerwicklung in diese bei der Herstellung von
Elektromagneten mit spiralSörmigem Magnetsystem nach dem bekannten Verfahren durchgeführt.
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Außerdem ist im erfindungsgemäßen Verfahren die Dauer des Wickelns
der Streifen 4, 7 und 9 zu einer Spirale im Unterschied zur Dauer der Nutenbearbeitung
.bei der Herstellung von Elektromagneten mit spiralförmigem Magnetsystem nach dem
bekannten Verfahren von dem Verhältnis der Abmessungen der zu wickelnden Streifen
4, 7, 9 und den Ligenschaften der verwendeten Werkstoffe im wesentlichen nicht abhängig,
die unter Berücksichtigung der optimalen Betriebs eigenschaften des Elektromagneten
gewählt werden.
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Beim Wickeln der Streifen 4, 7 und 9 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist der Einsatz von während en der Bearbeitung schnell verschleiß enden Werkezeug
nicht erforderlich.
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Nach dem Abschluß des Vorgangs des Wickeln der Streifen 4, 7, 9 und
Erzeugung des Teils 2 des Magnetleiters 1 wird der Teil 3 des Magnetleiters ausgebildet,
der ein Joch darstellt. Erfindungsgemäß wird das Joch 3
durch das
Aufschmelzen einer Schicht 11 eines Ferromagnetikums, u.zw. eines kohlenstoffarmen
Stahls, auf die Stirnfläche 12 des Teils 2 des Magnetleiters 1 auf der Seite gebildet,
wo der Streifen 9 liegt. Das Aufschmelzen der Schicht 11 wird mit einem Lichtbogen
durchgeführt, durch den der Zusatzdraht 13 geschmolzen wird, der in die Brennzone
des Lichtbogens aus der Düse 14 eines Schweißbrenners zugeführt wird.
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Um gute magnetische Eigenschaften des Materials des Jochs 3 zu erreichen
und einen stabilen Lichtbogenaufschmelzvorgang zu gewährleisten, werden die iSerkstoffe
für die aufzuschmelzende Schicht 11 und die Streifen 4 und 9 so gewählt, daß deren
magnetische Bigenschaften sowie die die Stabilität der Lichtbogenentladung beim
Aufschmelzen bestimmenden Eigenschaften keimen wesentlichen Unterschled aufweisen.
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An den Stellen, wo das flüssige Metall beim Aufschmelzen der Schicht
11 mit den Stirnflächen (inder ZeicEmluns oben) der Streifen 4 und 9 in Berührung
koma, sowie in den angrenzenden Bereichen, die beim Aufschmelzen auf eine hohe Temperatur
erhitzt werden, und an den Bees zu einer rührungsstellen 15 der Streifen 4 und 9
kommt V gegenseitigert Diffus ion der Werkstoffatome der Streifen 4 und 9 und der
Schicht 11 Im ergebnis entsteht ein einheitlicher Magnetleiter. Dabei weist der
Magnetleiter
1 bei gleichen Abmessungen und verwendeten Werkstoffen
die gleiche Festigkeit und Steifheit wie der nach dem bekannten Verfahren hergestellte
Elektromagnet auf, bei dem der Magnetleiter 1 in Form einer Stahlscheibe mit darin
eingearbeiteten Spiralnuten gestaltet ist.
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Nach der Beendigung der Aufschmelzling des Jochs 3 wird die Außenfläche
der aufgeschmolzenen Schicht 11 auf einer Drehbank bearbeitet.
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Dann werden an die freien Enden des Streifens 7, der als Erregerwicklung
dient, Stromleitungen angeschweißt, die an eine elektrische pannungsquelle (nicht
gezeigt) angeschlossen werden.
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Danach werden die Abschnitte 10 sowie die Luftspalte zwischen dem
Stab 5 und den Streifen 4, 7, 9 mit einem Elektroisolationskompound gefüllt.
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Auf der abschließender Stappe der Elektromagnetherstellung wird dessen
Stirnfläche 2a geschliffen.
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Zur besseren Erläuterung der vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Herstellung von Llektromagneten mit spiralförmigem Magnetsystem wird die Arbeit
des Blektromagneten kurz beschrieben.
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In dem an eine Gleichstromquelle anzuschlißenden Elektromagnet;en
mit spiralförmigem Magnetsystem wird eine Erregerwicklung 7 in Form eines Streifens
aus einem elektrisch
leitenden Material verwendet, welcher in
einer anderen Ausführungsvariante zu einer Spirale mit zwei in der Spiralmitte elektrisch
verbundenen Trume gewikkelt ist. Dabei werden die freien Trumenden an die ungleichnamigen
Pole der Stromquelle angeschlossen. In einer derartigen Ausführung des Elektromagneten
fließt der Strom in den benachbarten Spiraltrumen der Wicklung 7 in entgegengesetzten
Richtungen, wobei in den angrenzenden Abschnitten des Magnetleiters 1 Magnetflüsse
mit unterschie icher Richtung induziert werden. Auf der Stirnfläche 2a des Elektromagneten
gehen die Magnetflüsse über die Grenzen des Magnetleiters 1 hinaus und bilden die
Magnetpole. Entsprechend den Magnelußric htung en weisen die benachbarten Pole entgegengesetzte
Polarität auf.
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Die Elektromagneten mit spiralförmigem Magnetsystem sind hauptsächlich
zum Einzeltransport von dünnen Stahlblechen bestimmt, wo die Mitnahme der darunterliegenden
Bleche im Paket bei der Abnahme des oberen Blechs durch den Elektromagneten ausgeschlossen
ist sein soll.
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Die Wahrscheinlichkeit der Mitnahme des darunterliegenden Blechs
im Paket durch den Blektromagneten ist desto geringer, ae kleiner das Verhältnis
des Abstandes zwischen den Magnetpolen mit entgegengesetzter Polarität zur Dicke
des zu transportierenden Blechs ist. Besonders wirksam ist beim Einzeltransport
von dünnen Blechen der Einsatz
eines Elektromagneten mit spiralförmigem
Magnetsystem, welcher zwischen den Magnetpolen mit entgegengesetzter Polarität einen
geringen Abstand aufweist, dessen Grösse etT;Ja der Dicke des zu transportierenden
Blechs entsriorft 0: O Bei der Herstellung von spiralförmigen Magnetsystemen nach
dem bekannten Verfahren ist jedoch der minimale Abstand zwischen den Magnetpolen
mit entgegengesetzter Polarität durch die Möglichkeiten der mechanischen Bearbeitung
der Spiralnut beschränkt, in die die Wicklung eingesetzt wird und deren Breite geringer
als der Abstand zwischen den Magnetpolen mit entgegengesetzter Polarität ist.
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Augenscheinlich ist, daß bei der Herstellung des Elektromagneten
mit s piralförmigem Magnetsystem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die
Verringerung des Abstandes zwischen den Magnetpolen mit entgegengesetzter Polarität
und durch die damit verbundene Verringerung der Dicke der zur Spirale zu wickelnden
Streifen 4, 7 und 9 keine Schwierigkeiten beim Wickeln der Streifen sowie beim nachfolgenden
Aufschmelzen des Jochs hervorgerufen werden. Folglich kann in diesem Fall ein solcher
Abstand zwischen den Polen gewählt werden, der erforderlich ist, um die Mitnahme
der darunterliegenden Bleche im Paket während der Abnahme des oberen Blechs durch
den
Elektromagneten bei beliebiger Dicke der zu transporticrenden
Bleche zu verhindern. Dadurch wird das Linsatzgebiet von Elektromagneten mit spiralförmigem
Magnetsystem wesentlich erweitert und der Transport von Blechen beliebig geringer
Dicke ermöglicht.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Elcktromagneten
wurde zur Herstellung eines Elektromagneten mit spiralförmigem Magnetsystem wirksam
angewendet.
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Dabei wurden die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich
zum bekannten bestätigt, bei dem die Erregenviclung 7 in in der Stahlscheibe eingrearbeitete.
Spiralnuten eingesetzt wird.