DE308912C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PAT E NTA Mt?

Elektrische Spule.

Die Erfindung bezieht sich auf Spulen für elektrische Zwecke (für Magnete, Solenoide,

. Relais, Anker, Felder, Drosselvorrichtungen usw.), die in bekannter Weise mit einer ein-5 oder beiderseitig kegelförmigen Bewicklung aus gleichachsigen, übereinanderliegenden Lagen versehen sind. Gegenstand der Erfindung ist die Herstellung der Wicklung in der Weise, daß die einzelnen Lagen sämtlich gleiche Draht länge besitzen und dabei so angeordnet sind, daß sie nach dem Ende der Spule oder nach einem Ende zu schrittweise gegeneinander verschoben sind. Dadurch werden erhebliche Vorteile in elektrischer und mechanischer Beziehung erreicht, die weiter unten dargelegt sind.

In den Zeichnungen ist die Erfindung erläutert. Fig. ι stellt eine Spule der neuen Art dar, zum Teil fertig gewickelt. Fig. 2 ist ein Längsschnitt, Fig. 3 ein Längsschnitt durch eine abgeänderte Ausführungsform der Spule der neuen Art, und Fig. 4 ein Längsschnitt durch eine Spule derselben Art wie Fig. 3, aber mit anders angeordneter Isolation.

Wie aus den Fig. 1 und 2 zunächst ersichtlich, sind bei der neuen Spule die Wicklungslagen in konische oder teilweise konische Flächen verlegt, nach den Spulenenden zu schrittweise gegeneinander verschoben, besitzen aber im Gegensatz zu anderen, äußerlich ähnlichen Bewicklungen sämtlich gleiche Drahtlänge. Sie überdecken einander teilweise und halten sich so gegenseitig fest. Da die Wicklung entlang der Spulenachse so fortschreitet, daß die einzelnen Lagen Schritt für Schritt in konischen Ebenen liegen, nachdem ein vorher bestimmter Durchmesser erreicht ist, so wächst die Spule nur noch in der Längsrichtung, und sie kann hier verlängert werden, soweit als gewünscht, ohne daß der Durchmesser oder die Windungszahl in jeder Lage sich ändern. ' Jede folgende Lage enthält immer dieselbe Anzahl von Windungen und dieselbe Drahtlänge wie die vorhergehende Lage, und alle befinden sich in gleicher Stellung zur Spulenachse.

Fig. 3 und 4 stellen eine Ausführungsform der Spule dar, bei der die denkbar gleichmäßigste Verteilung der Windungen erreicht ist, und zwar dadurch, daß die erste Lage auf einem konisch gestalteten Ansatz des Spulenkernes aufgebracht ist. Bei dieser Ausführungsform besitzen sämtliche Lagen die Form eines richtigen Kegels von demselben Neigungswinkel zur Spulenachse, es wird also auch hier in jeder Lage dieselbe Drahtlänge vorhanden sein. Die einzelnen Lagen bilden ungefähr ineinandergesteckte Tüten, etwa so wie die Hautschuppen auf den Beinen der Vögel.

Es sei bemerkt, daß diese Art, Spulen zu wickeln, bei Spulen für Textilzwecke (Kötzerspulen) bekannt ist. Für elektrische Spulen aber ist diese Wicklungsart neu und stellt eine wesentliche Verbesserung dieser Spulen dar.

Die Herstellung einer Spule von der Ausführungsform der Fig. 1 und 2 geschieht folgendermaßen : Das Leitungsmaterial soll auf einen zylindrischen Kern aufgewickelt werden, wie ihn die Spulenhülse S darstellt, bestehend aus Papier, Fiber, Metall (als Ankerkern).

Die erste Wicklungslage wird in zylindrischer Form aufgebracht, konzentrisch mit der Achse. Die Längenausdehnung dieser Lage wird nach der notwendigen Windungszahl pro Lage gewählt, und dadurch wird auch der größte' Durchmesser der Spule bestimmt, d. h. wenn die einzelnen Lagen in der Achsenrichtung der Spule sehr lang sind, so nimmt die Spule einen größeren Durchmesser an, als wenn die

ίο Wicklungslänge kürzer genommen wird. Die Spule erreicht ihren größten Durchmesser, wenn die einzelnen Lagen anfangen, in richtige konische Flächen zu fallen. Ebenso bestimmt die Länge der Wicklungslagen ihren Neigungswinkel zur Spulenachse. Man muß daher die Länge der ersten Lage so auswählen, daß die Spulenoberfläche die richtige Neigung erhält, ohne daß etwa die Windungen abgleiten. Die richtige Länge wird durch Versuche bestimmt, sie hängt ab von dem Drahtdurchmesser und von anderen Bedingungen. So ist es klar, daß ein vergleichsweise dünner Draht bequemer gewickelt werden kann, und die Lagen besser ihre Form behalten, als es bei dicken und steifen Drähten der Fall ist.

In Fig. 2 sind die einzelnen Lagen so lang gewählt, daß ein Neigungswinkel der Spule entsteht, wie er für die am meisten vorkommenden Drähte für elektrische Spulen geeignet ist. In dieser Fig. 2 bezeichnen die schwarz dargestellten Streifen W die Lagen des Drahtes oder sonstigen Leitungsmaterials der Spule, während die weiß gezeichneten Streifen X das Isoliermaterial zwischen den einzelnen Wicklungslagen bedeuten. Die einzelnen Drahtquerschnitte sind hier nicht gezeichnet, jedoch in Fig. 3 und 4 dargestellt.

Wird als Wicklungsmaterial ein Draht verwendet, der schon genügend isoliert ist, z. B. mit Seide oder Baumwolle umsponnen, so ist die Einlegung besonderer Isolationsschichten überflüssig. Meistens jedoch werden kleinere elektrische Spulen aus Emaildrähten hergestellt, und hier ist die Isolation nicht so unbedingt zuverlässig. Bei derartigen Spulen ist es daher zweckmäßig, zwischen den verschiedenen Wicklungslagen Isolationsschichten anzubringen, und das kann in beliebiger bekannter Weise geschehen. Beispielsweise kann man dazu Papierlagen benutzen, wie sie in Fig. 2 mit X bezeichnet sind. Diese Papierlagen sind etwas länger als die Wicklungslagen, so daß sie über die Enden der letzteren etwas hinausragen. Nach Fig. 2 ist auf den Kern S zunächst eine Papierlage χ aufgewickelt, und auf diese dann die erste Drahtlage w, so daß sie auf beiden Seiten nicht ganz bis an das Ende der Papierlage reicht. Hierüber kömmt dann wieder eine weitere Papierlage x¹, und so weiter. Jede weitere Lage ist gegen die vorhergehende etwas nach rechts, nach der Mitte der Spule zu, verschoben, so daß die Oberfläche treppenförmig wird. Die nach rechts gelegenen Enden der einzelnen Lagen fallen daher in konische Flächen, bis ein Punkt erreicht ist, wo eine weitere Drahtlage w² gerade über dem Ende der ersten Lage w liegt. Diese Drahtlage w² fällt dann auf ihrer ganzen Ausdehnung in eine konische Fläche, und so auch alle weiteren Lagen entlang der Spule. Der Durchmesser der Spule wächst jetzt nicht mehr, die Spule nimmt nur noch in ihrer Längenausdehnung zu, im Verhältnis der neu hinzugefügten Drahtlagen, deren Zahl ganz beliebig, bis zur Erreichung der gewünschten Gesamtwindungszahl gewählt werden kann.

In vorstehendem ist die einfachste Art des Aufbaues der Spule mit Isolationsschichten zwischen den einzelnen Drahtlagen erläutert. Für gewisse Zwecke empfiehlt sich jedoch noch mehr eine neue Anordnung solcher Spulen, die besondere Vorteile darbietet und besonders in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung ausführbar ist. Diese neue Anordnung besteht darin, Baumwollgarn oder ein anderes, in Fadenform gebrachtes Textilmaterial von isolierenden Eigenschaften gleichzeitig mit dem Draht in die Spule hineinzuwickeln. Diese Herstellungsart von elektrischen Spulen, die in der Fachwelt unter dem Namen »Leeson-Universal-System« bekannt und beispielsweise in der deutschen Patentschrift 265594 beschrieben ist, besteht kurz gesagt darin, den Garn- oder sonstigen Textilfaden in Kreuzung mit den Drahtwindungen mit diesen durcheinandergreifend auf die Spule aufzubringen, so daß der Draht dadurch festgehalten wird, während zugleich die Isolationsschicht entsteht. Diese Art des Aufbaues der Spule ist in Fig. 1 dargestellt. Sie zeigt die Windungen des Drahtes w in konischen Lagen I in der üblichen Weise, dicht aneinanderliegend, aufgebracht, während die Garnfäden y in offenen, nicht dicht aneinanderliegenden Windungen kreuzweise aufgewickelt sind. Der Draht wird dabei mit einer vergleichsweise langsamen seitlichen Fortbewegung des Führungsorganes aufgewickelt, damit die Windungen dicht aneinander zu liegen kommen, während das Garn mit schneller Querbewegung aufgewickelt¹ wird, so daß die einzelnen Fäden den Draht unter spitzen Winkeln kreuzen. Die Garnwindungen liegen diagonal zu den Drahtwindungen und stellen, da sie wie bei einem Gewebe die Drahtwindungen unter- und übergreifen, eine mechanische Bindung oder Festlegung der Drahtwindungen her, wodurch die ganze Spule sehr fest wird. Diese Spulenanordnung ist besonders vorteilhaft, weil es im allgemeinen schwieriger ist, Draht auf eine kegelförmige Unterlage aufzuwickeln als auf eine Zylinderfläche,

Wenn nämlich Draht auf einer konisch zulaufenden Oberfläche aufgewickelt wird, so haben die einzelnen Windungen die Tendenz, nach der Kegelspitze hin abzugleiten. Besonders hervorzuheben ist, daß hierbei das Garn nicht nur zur Festlegung der Drahtwindungen und zur Verstärkung der ganzen Spule dient, sondern zugleich eine gute Isolation herstellt. Durch die vielfachen Kreuzungen des Fadens

ίο wird nämlich eine schützende Bedeckung jeder Drahtlage hergestellt, und zwar besonders nach den Enden der Drahtlagen hin, wo die Spannungsdifferenzen der benachbarten Lagen besonders groß sind, und deshalb eine Verstärkung der ursprünglichen Isolation des Drahtes erwünscht erscheint.

Es empfiehlt sich, das Garn oder das sonst zur Verwendung gelangende Isoliermaterial mit einem etwas längeren Querschritt aufzuwickeln als den Draht. Auf diese Weise werden gerade die Enden der Drahtlagen wirksam geschützt und verstärkt. Das Übergreifen der Garnwindungen an den schmäleren Durchmessern der Drahtlagen führt gleichsam zur Bildung von Bundringen, die das Abgleiten der äußeren Drahtwindungen verhindern oder doch erschweren. Das ist bei b in Fig. 1 ersichtlich, wo nach vollständiger Aufwicklung des Drahtes noch einige Wicklungen des Fadens mehr aufgebracht sind, um einen sehr guten Schutz des äußeren Spulenendes herzustellen. Man kann auf diese Weise auch die ganze Spule mit Isoliermaterial umgeben, ohne daß dazu eine besondere Operation notwendig wäre. Wenn die Spule dann schließlich in Schellack, Kitt, Paraffin, Bakelit o. dgl. eingetaucht wird, so ist sie schließlich in eine ganz harte Schutzschicht eingeschlossen. Die Garnwindungen, die zwischen den Drahtwindüngen liegen, saugen dabei die Tränkungsflüssigkeit ein, so daß die ganze Wicklungsmasse gleichsam davon durchdrungen und so die Festigkeit der Spule sehr erhöht wird.
In den Fig. 3 und 4 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der der Kern C mit einem konischen Kopf B versehen ist. Das bewirkt, daß schon die erste Drahtlage in eine konische Fläche zu liegen kommt und daher sämtliche Lagen dieselbe Windungszahl und dieselbe Drahtlänge in jeder Lage erhalten, auch sämtliche Lagen sich in derselben Stellung zur Achse der Spulen befinden. In Fig. 3 ist die endgültige Form der Spule durch punktierte Linien angedeutet, nur die ersten Drahtlagen, die bei dem Wickeln hergestellt werden, sind eingezeichnet. Die beiden ersten Drahtlagen sind mit t und t¹ bezeichnet, die sie einschließenden Garnlagen mit y¹, y².

Fig. 4 zeigt eine ähnliche Spulenform, die Drahtlagen sind mit c, c¹, c² usw. bezeichnet, zwischen ihnen sind Schichten von Isoliermaterial φ¹, p², ft^s usw. angebracht. Die letzte Drahtlage c³ ist noch nicht ganz fertig gewickelt gezeichnet. Dabei ist angenommen, daß der Draht nach der Mitte der Spule zu gewickelt wird.

Es ist oben bereits bemerkt, daß die Aufbringung der Drahtwicklungen in konischen Flächen zahlreiche elektrische und mechanische Vorteile herbeiführt. In erster Linie können alle Lagen aus derselben Windungszahl, bei einer bestimmten Drahtlänge, hergestellt' werden, so daß der Widerstandsfaktor

j für alle Teile der Spule gleichförmig wird.

Ein anderer wichtiger Vorteil ist, daß die Spule mit einer größeren Windungszahl versehen werden kann, ohne daß sie einen allzu großen Durchmesser erhält, und daraus resultiert ein erheblicher Minderverbrauch an Draht. Weiter kann die Länge der Drahtlagen auf einem Mindestmaß gehalten werden, wenn die Spule eine gewisse Länge bekommen soll. Auf diese Weise kann die mittlere Windungslänge ein Mindestmaß erhalten, so daß die Potentialdifferenz zwischen den Endwindungen der Lagen sehr vermindert wird. Endlich wird noch der Abstand zwischen der ersten Lage zur letzten sehr vergrößert, was ebenfalls günstig in bezug auf die Spannungsdifferenzen wirkt. Bei den bisher bekannten Anordnungen der elektrischen Spule war es, wenn es sich um Spulen mit einer sehr großen Windungszahl handelte, erforderlich, sie aus mehreren Abschnitten herzustellen, die getrennt gewickelt und dann auf einen gemeinsamen Kern aufgebracht wurden. Diese Abschnitte stellen vergleichsweise dünne Scheiben her, und wenn sie nebeneinander auf den Kern gesteckt wurden, so mußten sie sorgfältig voneinander isoliert werden. Dazu ist verhältnismäßig viel Isolationsmaterial notwendig, was nicht nur kostspielig ist, sondern auch viel Raum einnimmt. Die den Gegenstand der Erfindung bildende Spule macht ein derartiges Vorgehen unnötig, was Ersparnis an Geld und Raum bedeutet. Eine Spule von gegebenen Abmessungen kann nach dem neuen Verfahren mit mehr Windungen als bisher versehen werden, oder dieselbe Anzahl von Windungen ist auf einem geringeren Raum unterzubringen. Es ist auch leicht einzusehen, daß die Herstellungskosten bei einer Spule, deren Wicklungen aus einzelnen, besonders hergestellten und später erst aufgebrachten Abschnitten bestehen, viel größer werden, als wenn die Spule einheitlich gewickelt werden kann. Noch andere Vorteile der Erfindung sind zu erwähnen, die damit zusammenhängen, daß die einzelnen Lagen in fortdauernder, ununterbrochener Wicklung erzeugt werden. Die ganze Struktur der Spule wird stabiler und steifer, es besteht keine Tendenz für die letzten Windungen einer

Lage abzugleiten. Die neue Wicklungsart bewirkt, daß an den Enden der Lagen die Potentialdifferenzen niedriger werden und so Überschläge oder Kurzschlüsse an diesen Stellen weniger leicht eintreten. Die Isolierhülle des Drahtes wird daher weniger beansprucht, und man braucht daher weniger für besonders sorgfältige Isolierung an den Enden der Lägen zu sorgen. Daß eine Spule von der neuen

ίο Form im ganzen festeren Zusammenhalt haben muß als die in alter Weise zylindrisch aufgewickelte Spule, leuchtet ohne weiteres ein. Dabei braucht man keine Flanschen oder Bundringe an den Enden des Kernes, um die Windüngen festzuhalten.

Außer diesen mechanischen Vorteilen führt die konische Form der Bewicklung auch elektrische Vorteile herbei. Zum Beispiel werden die Windungen in jeder Lage dichter an die Stelle gebracht, wo die größte Dichtigkeit des magnetischen Kraftflusses besteht, nämlich näher an die Achse der Spule. Es ist bekannt, daß die Kraftliniendichte auf einem Zylinder mit abgerundeten Enden größer ist an den Enden als in der Mitte, und bei einem Kegel vergrößert sich die Dichtigkeit nach der Spitze hin. Aus diesem Grunde wird der Kraftlinienstrom durch die Windungslage die Tendenz haben, sich der Achse der Spule zu nähern, =0 daß deren magnetischer Wirkungsgrad erheblich höher sein muß als der von zylindrischen Spulen.

Claims (5)

1. Pat ent-An Sprüche:

   i. Elektrische Spule mit einer ein- oder beiderseitig kegelförmigen Bewicklung aus gleichachsigen, übereinanderliegenden Lagen, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Lagen sämtlich gleiche Drahtlänge besitzen und so angeordnet sind, daß sie nach den Enden der Spule oder nach einem Ende zu schrittweise gegeneinander verschoben sind.
2. 2. Elektrische Spule nach Anspruch 1 mit zylindrischem Kern und kegelförmiger Zuspitzung der Wicklungslagen nach beiden Enden zu, dadurch gekennzeichnet, daß die unterste Lage zylindrisch ist und nur einen Teil der Kernlänge bedeckt, die dann folgenden Lagen teilweise zylindrisch und kegelförmig, und die weiteren Lagen rein kegelförmig verlaufen, in der Weise, daß jede Lage an ihrem nach dieser Spulenseite zu belegenen Ende von der nächsten Lage umhüllt ist.
3. 3. Elektrische Spule nach Anspruch ι mit kegelförmiger Zuspitzung nur nach einem Ende zu, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern teilweise kegelförmig, und zwar nach demselben Ende zu kegelförmig zugespitzt ist, nach dem die kegelförmige Spitze der Bewicklung gerichtet ist, wobei sämtliche Wicklungslagen kegelförmig verlaufen.
4. 4. Elektrische Spule nach Anspruch i, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Unter- und Überkreuzung mit den Drahtwicklungen in an sich bekannter Weise fadenförmiges Isolationsmaterial aufgewikkelt ist, das den Aufbau der Spule verstärkt und die Drahtwindungen gegen Verschiebungen sichert.
5. 5. Elektrische Spule nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial (y) mit einem längeren Querschnitt gewickelt ist als der Draht (w), so daß die Enden der Drahtlagen vom Isoliermaterial festgehalten werden.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.