DE4006917C2

DE4006917C2 - Einrichtung und Verfahren zum Einbinden von Spulenleitern

Info

Publication number: DE4006917C2
Application number: DE4006917A
Authority: DE
Inventors: Joachim Dr Ing Sabinski; Juergen Dipl Ing Huebner
Original assignee: VEM ELEKTROANTRIEBE GmbH
Current assignee: VEM-ELEKTROANTRIEBE GMBH, 01259 DRESDEN, DE
Priority date: 1989-03-31
Filing date: 1990-03-06
Publication date: 1995-07-13
Anticipated expiration: 2010-03-07
Also published as: IT9019848A1; FR2647586A1; CH682274A5; FR2647586B1; DD281063A1; DE4006917A1; IT1239426B; IT9019848A0

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zum Einbinden von Spülenleitern mit den Merkmalen der Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 2.

Beim maschinellen Einbinden von Ganzformspulen für Wicklungen elektrischen Maschinen mit Isolierbändern erfolgt die Aufspannung der Ganzformspule horizontal, wobei der Einbindekopf der Einbindemaschine, die Ganzformspule oder beide manipuliert werden.

Bei einfachen Einbindemaschinen, wie z. B. bei der Einbindemaschine MI-102 der Firma Micafil, Zürich, (Firmenschrift), und der Umbandelmaschine KG 1-3 und KGU der Firma H. F. Stollberg, Beerfelden/BRD, (Firmenschrift), wird die manuelle Manipulation der Ganzformspule angewandt. Der Einbindekopf ist auf einer Arbeitsebene fest installiert. Nachteilig hierbei ist der hohe manuelle Anteil am maschinellen Einbindeprozeß, die dadurch bedingten großen Toleranzen, der z. B. zu Verdickungen in der Isolation führt, die sich später beim Einbau der Wicklung nachteilig bemerkbar machen. Zur Bewegung des Einbindekopfes während des Einbindevorganges sind verschiedene Lösungen bekannt.

In der DE 16 60 012, H01 B 13/08 "Umbandelmaschine" wird ein hängender Einbindekopf manuell geführt.

Ein hängend angebrachter Wickelkopf auf einer Schienenführung mit und ohne Steuerung der Abtastgrößen ist in der DE 20 03 829, H01 B 13/08 "Umbandelmaschine zum Bewickeln der Wicklungsteile von elektrischen Maschinen mit Isolierstoffbändern" beschrieben.

In der DE 24 51 460, H02 K 15/10 "Vorrichtung zum Aufbringen von Isolierstoffbändern auf Wicklungen elektrischer Maschinen", die gleichzeitig als Stand der Technik zur Abgrenzung der eigenen Erfindung benutzt wird, erfolgt die Führung des mit Wagen und Ausleger angetriebenen Einbindekopfes über Kopierkurven.

Halterungen dienen zum Einspannen des zu isolierenden Wicklungsteiles. Nachteilig ist für diese Lösungen die schlechte Zugänglichkeit der Spule für die notwendigen manuellen Hilfsoperationen des maschinellen Einbindprozesses, die ein zweimaliges Positionieren und Arretieren der Spule für das Isolieren der Spulenschenkel bedingen.

Die kombinierte Bewegung von Spule und Wickelkopf beim Isolieren von Ganzformspulen basiert auf der Zusammenfassung von den Antriebsarten für die Spule und für den Einbindekopf. Die Steuerung erfolgt mit Computer. Als Beispiel hierfür gilt die programmierbare Spulen-Isoliermaschine MI 155 der Firma Micafil, Zürich, (Firmenschrift), und die in Manufacturring of Micapact II coils, ASEA Journal 54 (1981) Schweden, S. 42-46 beschriebene Lösung. Hierbei erfolgt das Einspannen der Zweischichtganzformspule an den Spulenaugen, wobei gesteuert ein- und ausfahrbare Spulenstützen im Bereich der Spulenschenkel eine zusätzliche Abstützung der Spule sichern. Es können unterschiedliche Isoliergeschwindigkeiten für das Aufbringen der Bänder im Nutbereich, im Bereich der Wickelkopfschenkel und im Übergangsbereich zwischen beiden gewählt werden. Die Isoliermaschine MI 155 verfügt über einen Mechanismus, der ein Umklappen der Spule nach der Isolierung des einen Schenkels in die Isolierlage für den anderen Schenkel bedingt. Die jeweiligen Positionierparameter für die zwei Spulenlagen werden vor dem Einbindeprozeß ausgemessen und berechnet.

Nachteilig ist hierbei ebenfalls die schlechte Zugänglichkeit der Spule für die notwendigen manuellen Tätigkeiten beim maschinellen Einbindeprozeß, sowie die manuell betätigte Lageänderung der Spulen.

Bekannt ist beim maschinellen Isolieren von Zweischichtganzformspulen, daß die maschinelle Isolierung in Lagen gestuft bis in den Wickelkopfschenkel erfolgt und danach im Bereich des Spulenauges sowie Teilbereichen der Wickelkopfschenkel die Isolierung manuell ausgeführt wird. Allen Verfahren zum Einbinden von Ganzformspulen haftet der Nachteil an, daß nur ein Spulenschenkel in einer Einspannung eingebunden wird und pro Ganzformspule ein zweimaliges Einfahren und Ausfahren des Einbindekopfes notwendig ist.

Nachteilig ist durch den Übergang von maschineller zur manuellen Isolierung der herterogenere Isolierungsaufbau und der Aufwand für die manuelle Isolierung.

Aus der DE 22 60 661, H02 K 15/04 "Verfahren zur Herstellung von Spulen für elektrische Maschinen" ist ein geschlossenes Einbinden für nicht ausgeformte Spulen bekannt. Dieser Lösung haftet der Nachteil an, daß die Isolation durch das Nachpressen und Verdrehen der Spulenschenkel sehr leicht beschädigt wird. Die gegenwärtig sich im Einsatz befindlichen empfindlichen Isolierbänder, entsprechend guter isolierender Eigenschaften, lassen ein Einbinden und anschließendes Fertigausformen nicht zu.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung und ein Verfahren zu schaffen, die eine umfassende Zugänglichkeit der Ganzformspule während des Einbindeprozesses von einem Bedienplatz aus gewährleistet und das Einbinden beider Spulenschenkel in einer Aufspannung ermöglicht. Erfindungsgemäß wird das durch eine Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 oder ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 2 gelöst.

Zur Verfolgung der Spulenkontur sind drei translatorische und zwei rotatorische Achsen angeordnet, wobei sie sich auf den Spulenträger und den Einbindekopf aufteilen. Für die Realisierung dieser kontinuierlichen Bewegung ist eine mehrachsfunktionale Maschinensteuerung notwendig.

Das Einbinden der Ganzformspule vom Schaltende über das freie Spulenauge, d. h. das der Schaltseite entgegengesetzte Spulenauge, bis zum anderen Schaltende erfolgt in einer Aufspannung. Damit entfällt das manuelle Umklappen der Ganzformspule, wie es bei den anderen Einbindemaschinen üblich ist. Die vertikale einmalige Aufspannung hat des weiteren den Vorteil, daß die beim Einbindeprozeß durchzuführenden manuellen Arbeiten von einem Bedienplatz aus für beide Spulenschenkel ausgeführt werden können. Die erfindungsgemäße vertikale Aufspannung in Verbindung mit dem sich abwechselnd in Eingriff befindlichen mindestens drei Spanneinrichtungen sichert bei einem gestreckten Spulenauge bzw. bei sehr kleinem Spulenauge ein geschlossenes Einbinden über das freie Spulenauge.

Ein gestrecktes Spulenauge bei Ganzformspulen liegt vor, wenn der Übergangswinkel Spulenkopf-Spulenauge gleich bzw. größer 90° ist. Die damit verbundene Streckung des Auges sichert eine senkrechte Stellung des Einbindekopfes während des Wickelvorganges. Diese Stellung ist notwendig, um die Isolierbänder faltenfrei aufzubringen.

Bei sehr kleinen, nur halb ausgeformten Spulenaugen, wie sie vor allem bei Ganzformspulen mit kleinem Spulenquerschnitt Anwendung finden, wird das freie Spulenauge mit eingebunden, wobei die Isolation nicht in jedem Fall im Bereich des Spulenauges gleichmäßig anliegt, aber die geforderten Festigkeits- und Qualitätswerte aufweist.

Bei Ganzformspulen mit nicht gestrecktem Spulenauge, d. h. voll ausgeformten Spulenauge, erfolgt ein Einbinden bis unmittelbar vor das Spulenauge, das ohne Einbindbewegung überfahren wird, wobei der Einbindekopf nicht ausgefahren wird und unmittelbar am Ende des Spulenauges der Einbindevorgang fortgesetzt wird. Das Spulenauge muß dann von Hand fertig eingebunden werden. Der Vorteil liegt hier vor allem in der Zeiteinsparung durch das Nichtausfahren des Einbindekopfes.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll nachstehend an 3 Figuren näher erläutert werden.

Die Fig. 1 zeigt die Prinzipskizze einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spulenträgers für die senkrechte Aufspannung der Spule mit dem Grundrahmen 1, der in z- und y-Richtung translatorisch angetrieben ist, auf dem in y-Richtung translatorisch verstellbare Tragarme 2 angeordnet sind, auf denen sich drei feste und drei in z-Richtung verstellbare Spanneinrichtungen 3 befinden. Dabei können auch drei davon nur als Hilfsstützen ausgebildet sein, die die Ganzformspule nicht einspannen, sondern nur stützen. Diese Spanneinrichtungen, die in x-Richtung translatorisch bewegbar sind, befinden sich abwechselnd fortlaufend in der Bewegungsrichtung eines Einbindekopfes bekannter Bauweise im Eingriff und sichern eine zuverlässige Fixierung der Ganzformspule während des gesamten Einbindeprozesses.

Die Fig. 2 zeigt einen geschlossenen maschinellen Einbindeprozeß einer Zweischicht-Ganzformspule und die zugehörigen notwendigen Systembewegungen von Spulenträger und Einbindekopfhalter. Die Zweischicht-Ganzformspule 4 ist dargestellt in der erfindungsgemäßen vertikalen Aufspannung, welche eine gute Zugänglichkeit für die beim Einbindeprozeß notwendigen manuellen Tätigkeiten sichert. In der Manipulationsebene des Spulenträgers führt sie die translatorischen Bewegungen l_z, l_y, l_x aus, wobei l_z dem Abstand in z-Richtung zwischen Spulenschenkel und Spulenschenkel l_x dem Abstand in x-Richtung zwischen Spulenschenkeln und Spulenaugen und l_y der einzubindenden Länge der Zweischicht-Ganzformspule 4 entspricht.

Die rotatorischen Bewegungen A um die x-Achse und C um die z- Achse des Einbindekopfes bekannter Bauweise, sichern die Verfolgung der geraden Nutteile, der evolventenförmigen bzw. geraden Wickelkopfschenkel und des Spulenauges einschließlich der zugehörigen Obergangsradien der Zweischicht-Ganzformspule. Dabei schwenkt der Einbindekopf entsprechend dem Drehwinkel δ_A um die x-Achse und dem Drehwinkel δ_C um die z-Achse (siehe Draufsicht Fig. 2). Laut Fig. 3 ist dem Drehwinkel δ_A der Spulenkopfwinkel α_K und dem Drehwinkel δ_C der Übergangswinkel α_KA zuordenbar.

Fig. 3 zeigt die Ausführung eines gestreckten Spulenauges, d. h. der Spulenkopfwinkel α_K und der Übergangswinkel Spulenkopf- Spulenauge α_KA sind größer gleich 90°. In Abhängigkeit vom Streckungswinkel des Auges α_S erfolgt die Steuerung der Bewegung des Einbindekopfes. Die Stellung des Einbindekopfes 5 ist dabei immer senkrecht zur Höhe des Spulenquerschnittes h. Unter diesen Voraussetzungen ist mit der erfindungsgemäßen Einrichtung ein erfindungsgemäßes geschlossenes Einbinden der Zweischicht-Ganzformspule von einem Schaltende über das gestreckte Spulenauge bis zum anderen Schaltende realisierbar. Der Vorteil liegt im gleichmäßigen Aufbau der Isolation und der damit verbundenen Qualitätserhöhung sowie in der Reduzierung der manuellen Tätigkeiten und der damit verbundenen Zeiteinsparung für den gesamten Einbindeprozeß. Durch das erfindungsgemäße Verfahren erfolgt in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Einrichtung das Einbinden von Schaltende zu Schaltende über ein Spulenauge, so daß nur noch das Spulenauge, das auf der Seite der Schaltenden liegt, manuell eingebunden werden muß.

Bezugszeichenliste

1 Grundrahmen
2 Tragarm
3 Spanneinrichtung
4 Zweischicht-Ganzformspule
5 Stellung des Einbindekopfes
l_x translatorische Bewegung x-Achse
l_y translatorische Bewegung in y-Achse
l_z translatorische Bewegung in z-Achse
A rotatorische Bewegung des Einbindekopfes um x-Achse
C rotatorische Bewegung des Einbindekopfes um z-Achse
_A Drehwinkel x-Achse
_C Drehwinkel z-Achse
_K Spulenkopfwinkel
_KA Übergangswinkel
_S Streckungswinkel des Auges
h Höhe des Spulenquerschnittes
M Antrieb

Claims

1. Einrichtung zum Einbinden von Spulenleitern für mittlere und große dynamoelektrische Maschinen mit mindestens drei translatorischen und zwei rotatorischen Achsen für einen Einbindekopf zur Verfolgung der Spulenkontur, die voneinander unabhängig und stufenlos steuerbar angeordnet sind, und mit einer Aufspannung für einen ausgeformten Spulenleiter,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Nutteile einer Ganzformspule (4) vertikal übereinander oder zumindest etwa vertikal übereinander aufgespannt sind und
daß zur Aufspannung der Ganzformspule (4) in Bewegungsrichtung des Einbindekopfes mindestens drei Spanneinrichtungen (3) angeordnet sind, von denen entsprechend der Bewegungsrichtung des Einbindekopfes mindestens zwei mit der Ganzformspule (4) abwechselnd fortlaufend im Eingriff sind.

2. Verfahren zum Einbinden von Spulenleitern für mittlere und große dynamoelektrische Maschinen mittels eines Einbindekopfes in einer Aufspannung, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufspannung einer Ganzformspule (4) durch mindestens drei Spanneinrichtungen (3) erfolgt, von denen entsprechend der Bewegung des Einbindekopfes mindestens zwei mit der Ganzformspule (4) abwechselnd fortlaufend in Eingriff sind und daß bei gestrecktem Spulenauge oder sehr kleinem Spulenauge ein geschlossenes maschinelles Einbinden der Ganzformspule (4) von einem Schaltende zum anderen einschließlich des freien Spulenauges erfolgt.

3. Abwandlung des Verfahrens zum Einbinden von Ganzformspulen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei nicht gestrecktem Spulenauge beide Spulenschenkel bis zum Spulenauge maschinell eingebunden und das freie Spulenauge ohne Einbindebewegung überfahren wird, ohne den Einbindekopf auszufahren.