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Spule aus flachem Leitermaterial für elektrische Maschinen o. dm-l.
Es sind bereits Spulen für elektrische Maschinen bekannt, die aus flachem streifenförmigem
Leitermaterial aufgebaut sind und bei denen die Windungen zusammenhängend hochkant
so aufgewickelt sind, daß die streifenförmigen Leiter an der größeren Seite des
Leiterquerschnitts aneinanderliegen, wobei zwischen den Windungen vorzugsweise Isoliermaterial
aus Glimmer o. dgl. eingeschaltet sein kann: In Fig. i der Zeichnung ist schematisch
in Ansicht eine derartige Leiterspule angedeutet, die als Erregerspule bei Gleichstrommaschinen
oder Synchronmaschinen Anwendung finden kann.
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Die Herstellung derartiger Spulen bereitet dann seht erhebliche Schwierigkeiten,
wenn das Verhältnis der Leiterbreite b zur Leiterhöhe lt sehr groß ist. In diesem
Falle ist es nur unter Anwendung besonderer Mittel möglich, die Spulen aus bandförmigem
Leitermaterial zushminenhängend aufzuwickeln: Man liat daher auch schon vorgeschlagen,
einen gewundenen Bandkörper aus einem Blech auszustanzen oder auszuschneiden, der
so geformt ist, daß durch einfaches Umwickeln die Spule hergestellt werden kann,
ohne daß einzelne Spulenteile miteinander verbunden zu werden brauchen. Diese Herstellungsart
ist jedoch wenig wirtschaftlich und vielfach außerordentlich schwierig, insbesondere
wenn es sich um Spulen größerer Abmessungen, wie beispielsweise für elektrische
Maschinen, handelt.
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Nach anderen bekannten Vorschlägen suchte man die Schwierigkeiten
dadurch zu umgehen, daß man Spulen der in Rede stehenden Art aus für sich hergestellten
Einzelwindungen zusammensetzte. So wurden beispielsweise Spulen bekannt, bei denen
jede einzelne Windung aus einer Anzahl von übereinanderliegenden, parallel geschalteten
Teilleitern zusammengesetzt ist, die kammartig ineinandergeschöben und miteinander
verlötet sind. Dabei haben alle Windungen die gleiche Form und Lage. Es ergibt sich
dadurch eine schlechte Kühlung, weil die Spulenoberfläche sehr klein ausfällt.
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Ferner sind die Lötstellen verhältnismäßig lang, sie erstrecken sich
sogar über die gesamte Länge und Breite der einzelnen Wicklungselemente. Es ist
deshalb sehr viel Lot notwendig und außerdem die Durchführung der Lötung umständlich
und schwierig.
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Schließlich ist auch eine Spule aus flachem Leitermaterial bekannt,
bei der alle Windungen aus Streifen bestehen, die unter Cbereinanderlegen ihrer
treppenförmig ausgeschnittenen
Enden miteinander verlötet sind
und bei der die miteinander zu verbindenden Enden aufeinanderfolgender Windungen
derart gegeneinander versetzt sind, daß' die die Lötstelle enthaltenden gedoppelten
Windungsteile jeweils außerhalb der Fläche der benachbarten Windungsteile liegen.
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Aber auch eine derartige Spule ist nicht frei von Mängeln. Insbesondere
ist dort der Leiterquerschnitt zwischen den nicht gedoppelten und den gedoppelten
Streifenteilen, also an der Stelle, an der sich die treppenförmigen Ausschnitte
an den Leiterenden befinden, auf die Hälfte herabgesetzt, so daß infolgedessen an
dieser Stelle die doppelte Stromdichte und eine erhöhte Erwärmung auftritt. Da ferner
die Stellen verminderten Leiterquerschnitts bei der bekannten Spule sämtlich übereinander
in einer zur Wicklungsachse parallelen Flucht liegen, wird an diesem Teil des Spulenumfangs,
also gerade an den Lötstellen, die Temperatur wesentlich höher sein als an den übrigen
Teilen.
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Nach der Erfindung wird zur Beseitigung der angeführten Mängel der
bekannten Spulen aus flachem Leitermaterial, bei denen jede Windung aus einzelnen
Streifen besteht, die unter Übereinanderlegen ihrer Enden miteinander verlötet sind,
und bei denen die die verschiedenen Lötstellen enthaltenden gedoppelten Windungsteile
jeweils außerhalb der Fläche der benachbarten Windungen liegen, die Spule so aufgebaut,
daß aufeinanderfolgende Windungen mindestens um die Breite der Lötstellen in Richtung
senkrecht zur Windungsachse gegeneinander versetzt sind oder um die Breite der Lötstellen
voneinander abweichende Durchmesser oder Polygonformen haben. Dadurch werden Temperaturerhöhungen
an den Lötstellen vermieden, weil einerseits die Enden der einzelnen Streifen nicht
abgestuft sind und weil andererseits die Lötstellen infolge der Versetzung und der
Formverschiedenheit der einzelnen Windungen weiter auseinanderliegen und wegen der
rippenartigen, gerade an den Lötstellen liegenden Vorsprüngen besonders gut gekühlt
sind.
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Überhaupt ergibt sich bei der Ausführung einer Spule nach der Erfindung
ein.. starke, die Kühlung begünstigende Vergrößerung der Spulenoberfiäche, weil
wegen der verschiedenen Formen oder wegen der Versetzung benachbarter Windungen
jede Windung an ein-' zelnen Stellen über die vorhergehende oder darauf folgende
vorsteht.
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Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand einiger Ausführungsbeispiele
erläutert werden Fig. 2 zeigt schematisch eine Spule, die aus abwechselnd verschieden
geformten und miteinander verbundenen Wicklungselementen zusammengesetzt ist. Charakteristisch
ist für diese Spule, daß die verschiedenen Wicklungselemente keine vollständige
Windung darstellen. Die in Fig.2 dargestellte Spule besteht aus vier abwechselnd
hintereinander angeordneten Elementen, die in Fig.3 der Zeichnung dargestellt sind.
Das Element i ist ein gestreckter Leiterstab. Die Elemente 2 und 4. besitzen die
Form eines Winkeis, bei dem die Ecke abgeschrägt oder abgerundet ist. Das Element
3 ist U-förmig gestaltet und ' an beiden Ecken abgeschrägt oder abgerundet. Reiht
man die Wicklungelemente in der Reihenfolge ihrer Bezeichnungen 1, 2, 3, q., wie
aus Fig. 2 hervorgeht, aneinander an und verbindet die einzelnen Elemente, z. B.
durch Lötung an den sich überlappenden Stellen 5, miteinander, so ergibt sich, daß
die gegeneinander versetzten Verbindungsstellen außerhalb der unmittelbar übereinanderliegenden
Leiter liegen. Die Verbindungsstellen füllen dabei den Raum aus, der durch die Abschrägungen
oder Abrundungen der winkelförmigen bzw. U-förmigen Wicklungselemente 2, 3 und 4.
gewonnen ist. In der angegebenen Reihenfolge können beliebig viele Wicklungselemente
aneinander angereiht werden, um jede beliebige Windungszahl zu erhalten.
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Bei der gemäß der Erfindung ausgebildeten Spule wird die Spulenhöhe
nicht größer, als es der Höhe der Leiter, multipliziert mit der, Windungszahl, zuzüglich
der Zwischenisolation entspricht.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. q. dargestellt.
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Die in Fig. 4. gezeigte Spule ist aus U-förmigen Wicklungselementen
11, 12, 13 zusammengesetzt, die in Fig. 5 der Zeichnung angedeutet sind. Die einzelnen
Wicklungselemente i i bis 13 unterscheiden sich dadurch, daß der Abstand a der Schenkel
14 bei dem Wicklungselement 13 angenähert um 2 b, bei dein Wicklungselement
12 um b größer ist als bei dem Wicklungselement i i. Dabei ist b die Breite der
Wicklungsleiter bzw. Wicklungselemente. Die einzelnen Wicklungselemente werden in
der Reihenfolge angeordnet, daß an ein Wicklungselement 12 mittlerer Länge nacheinander
ein langes Element 13, ein mittleres Element 12 und ein kurzes Element i i angeschlossen
werden. Bei einer größeren Windungszahl wiederholt sich die angegebene Reihenfolge
der Elemente immer wieder.- Bei Anordnung der Wicklungselemente i i bis 13 gemäß
Fig. q. ergibt sich wieder, daß die Verbindungsstellen in den übereinanderliegenden
Windungen gegeneinander versetzt sind und außerhalb der unmittelbar übereinanderliegenden
Leiter liegen.
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Auch bei dem in Fig. q. dargestellten Ausführungsbeispiel ist die
Gesaintspulenhöhe
nicht größer, als es der Leiterhöhe und der Windungszahl
zuzüglich der Isolation entspricht.
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Einzelheiten der beschriebenen Anordnung können selbstverständlich
abgeändert werden, ohne daß das Wesen der Erfindung dadurch beeinträchtigt wird.
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Die einzelnen Wicklungselemente können bei den beschriebenen Wicklungen
bzw. Spulen in einfachster Weise für sich hergestellt werden. Die Wicklungselemente
können dabei durch Stanzen aus Kupferplatten o. dgl. hergestellt werden. Statt dessen
ist ges aber auch möglich, die einzelnen Wicklungselemente für sich aus gestreckten
streifenförmigen Leiterteilen, die auf entsprechende Abmessungen geschnitten sind,
durch einen Biegeprozeß herzustellen. Das Biegen der einzelnen Wicklungselemente,
die nur um eine oder höchstens zwei Kanten gebogen zu werden brauchen, ist ohne
erhebliche Schwierigkeiten möglich und wesentlich einfacher durchzuführen, als dies
bei dem bekannten Aufwickeln von Spulen aus zusammenhängendem Leitermaterial möglich
ist.