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Magnetspule und Verfahren zu ihrer Herstellung Die Erfindung bezieht
sich auf präzisionsgewvickelte Magnetspulen und das Verfahren zu ihrer Herstellung.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Spule, die in einem
gegebenen Wickelraum mehr Kupfer, als bisher erzielbar, aufnimmt und so einen crhiihtett
Leistungsfaktor der Spule bewirkt.
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Eine weitere Aufgalc ist die Schaffung einer Spule, die aus wesentli,-h
dünnerem Draht mit höherer ('#cs,"hw-itidigl;eit und mit weniger mechanischen Vorrichtungen
gewickelt werden kann, als es bei normalen Spulen möglich ist.
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Das Wesen der Erfindung besteht in einer Spule, die in Lagen gewickelt
ist, die eine Mehrzahl, von halben Windungen besitzt, wodurch eine größere Anpässungsfähigkeit
in der Herstellung bzw. Formgebung erzielt wird.
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Vorzugsweise werden die beiden Seiten der Spule symmetrisch ausgeführt,
so daß die Umkehrschleifen der Schneckenwindungen gleich und weniger vorstehend
als bei den üblichen Spulen sind.
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Außerdem ist ein Teil der Erfindung ein einfaches und wirkungsvolles
Verfahren zur Wicklung solcher Spulen, insbesondere ein solches, mit dem die erfindungsgemäße
Spule bei hoher Geschw-indigkeit und mit äußerster Genauigkeit gewickelt werden
kann.
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Schließlich ist ein Teil der Erfindung eine einfache und verhältnismäßig
billige Vorrichtung, mit
| Hilfe deren die @erfindtitigs.gemäl5c Spule nach dein |
| erfindtutgsgeniäOen Verfahren gewi,-kclt werden |
| kann. |
| @@'eiterc Einzelheiten der l?rfindung sc:en ain |
| Hand von Ausführungsbeispielen in der Zc:_-hnting |
| näher erläutert. |
| Fig. t zeigt eine Seitenansicht einer erfindungs- |
| ge.mälkn Spule in vergrößertem Maßstab; |
| Fig.2 ist eine Ansicht dieser Spule von der |
| Kante her; |
| Fig. 3 ist ein Schnitt nach der Linie 3-3 in Fig. t ; |
| Fig. .l ist eine perspektivische Ansicht einer |
| fertiggcwickelteri und gebundenen Spule; |
| Fig. 5 ist ein Aufriß eines Endes einer Form, |
| auf der die Spule gewickelt wird; |
| Fig. 6 ist ein Längsschnitt nach der Linie 6-6 |
| in Fig. 5 ; |
| Fig.7 ist eine Seitenansicht teilweise im Schnitt |
| nach der Linie 7-7 in Fig. 5 mit geteilter Form, |
| um das Herausnehmen der fertigen Spule zu er- |
| muglt,##hen; |
| Fig.8 ist eine Ansicht des rechten Endgliedes |
| der Form tia,_h Fig. 7 in Richtung der Pfeile 8-8 |
| ge@CllCll ; |
| Fig. 9 ist ein Schnitt nach der 1_inie 9-9 in Fig. 6; |
| Fig. to ist eine Abwicklung der vier S.cgmente |
| der Form und zeigt diese in ihrer relativen axialen |
| Stellung; |
| Fig. I t ist ein teilweise weggebrochener Längs- |
| s s '- -hilit t dLit -c1 eines der Segmente; |
| Fig. 1 2 ist ein teilweise weggebro%@hcucr längs- |
| s@hnitt durch ein anderes Segment; |
| Fig. 13 ist ein Schema, das die Zuführung des |
| Drahtes von einer Zugvorrichtung zur Form zeigt; |
| Fig. 14 ist eine Abwicklung einer al)gewandcltcn |
| Artordnung von Segmenten; |
| Fig. i.la ist eine Seitenansicht einer Spule, die |
| auf den Segmenten nach Fig. 14 gewickelt wurde, |
| und |
| Fig. 15 ist eine Abwicklung weiter abgewandelter |
| Segmente. |
| Gemäß Fig. t bis 13 wird die erfindungsgetnäßc |
| llagnctspulc in Lagen gewickelt, bei denen jede |
| volle Drahtwindung in jeder Lage zwei halbe |
| Windungen 2o umfaI3t, wobei jede folgende halbe |
| Windung gegenüber der vorhergehenden axial ver- |
| setzt oder verschoben ist, wie bei 21 gezeigt wird. |
| Jede Versetzung in jeder Lage hat die glei?-he axiale |
| 1Zi-°httlng, während die Versetzungen in aufcin- |
| anderfolgenden Lagen einander entgegengesetzt |
| sind. Jede halbe Drahtwindung liegt im wesent- j |
| li,--heii in einer Ebene rechtwinkelig zur Spulen- |
| av-hsc, und benachbarte Ebenen sind annähernd und |
| im allgemeinen etwas mehr als einen halben Draht- |
| dur-hnicsser voneinander entfernt. Außerdem hat |
| jede halbe Windung einen verliälttiismä1iig kurzen |
| schrägen Endteil oder Absatz, der sie mit der |
| n@i-:-listfotlgctidcn und axial versetzten halben |
| @\'intlnng verbindet, wobei der Allsatz vorzugsweise |
| in der FM-111 eitler S-Kurve ausgeführt ist. Jede |
| 1_age hat die glei.-he Zahl von Windungen, und |
| jede halbe Windung in allen aufeinanderfolgenden |
| 1_a@en licgi in einer Ebene zwischen und in etwa |
gleichem Abstand von den Ebenen der zwei benazhbarten halben Windungen in der vorhergehenden
Lage, so daß die halben Windungen der folgenden oder äußeren Lage in den Rillen
liegen, die zwischen den äußeren Flächen der halben Windungen der vorhergehenden
oder inneren Lage gebildet sind. Auf diese Weise ist der axiale Abstand der halben
Windungrii in einer Lage im Verhältnis ztt den halben Windungen in der benachbarten
Lage annähernd ein halber Drahtdurchmesser, wodurch verhältnismißig glatte und symmetrische
Seitenflächen der Spule erzielt werden. Die Versetzungen an den halben Windungen
des Drahtes bilden zwei Wülste oder Vorsprünge 22 an den Seiten der Spule, die aber
infolge des Abstandes der Lagen verhiiltnisinäl.»ig glatt und unmerklich sind.
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Die Spule wird in der Weise gewickelt, daß das Ende 23 einer Drahtlänge
an einer geeigneten Stelle der Form befestigt und dann die Form gedreht wird, um
den Draht auf diese aufzuwickeln (Fig. to). Die Form besitzt vorzugsweise Mittel
zur Führung des Drahtes in eng aneinanderliegenden Windungen und zur Umkehrung der
Bewegungsrichtung des Drahtes gegen Ende jeder Lage, so daß keine äußeren Führungen
erforderlich sind. Lediglich ein Reibungswiderstand ist erfordcrlich für die Längsbewegung
des Drahtes, der groß genug sein muß, um ein festes Aufwickeln auf der Form zu ermöglichen.
Beim Aufwickeln des Drahtes auf die Form und sobald die erste halbe Windung annähernd
vollendet ist, wird der Draht von der Form axial verschoben. um die folgende halbe
Windung in eine Ebene zti legen, die von der Ebene der ersten halben Windung um
einen Abstand von annähernd einer halben Drahtstärke entfernt ist, wie bei 21a gezeigt.
Sobald die zweite halbe Windung annähernd vollendet ist, kommt der Draht mit der
ersten balgen Windung in Berührung, und zwar an einem Punkt. der dem Befestigungspunkt
des Drahtes mit der Form benachbart ist, wird hierdurch verschoben und ergibt so
die zweite axial verschobene halbe Windung (1)-ei 21h). Dadurch wird die dritte
halbe Windung in einer Ebene angeordnet, die von der Ebene der zweiten halben Windung
um den gleichen Abstand axial versetzt ist, wie die zweite gegenüber der ersten.
Die aufeinanderfolgendcn Windungen des Drahtes veranlassen ihn, sich jeweils an
die vorhergehende volle Windung anzulegen, wobei die Absätze in den vorhergehenden
Windungen entspre,hende Ab-
sätze in den nachfolgenden hervorrufen, bis die
Lage vollständig ist. Nach Vollendung jeder Lage wird der Draht auf die vorhergehende
Lage aufgelegt und die Bewegung des Drahtes in Längsrichtung der Spule umgekehrt
und die folgende Lage in halben Windungen, die durch die Absätze in den halben Windungen
der vorhergehenden Lage bt~stimmt werden, aufgewickelt.
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Wenn auch die Spule in der Beschreibung und Zeichnung so dargestellt
ist, daß jede Drahtlage in halben Windungen gewickelt ist, ist es klar, daß die
Spule au,--h in anderen Teilen einer ganzen
Windung und vor allen
Dingen, dati sie auch aus einer Mehrzahl von Drahtlängen oder -adern geiti_-kdt
sein kann.
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Die Form, auf die die Spule aufge\vi,;kelt wird, kann jede geeignete
Ausführung besitzen, jedo-7h wird vorzttgs\tcise die in der Zeichnung dargestellte
Form verwendet, die si-h in der Praxis besonders bewährt hat. Wie in den Fig. 5
bis 12 dargestellt, besteht die Form aus einem mit Nuten versehenen und auseinandernehmbaren
zylindrischen Aufbau mit Scitcmvandungen an den .entsprechenden Enden. Die Seitenwandungen
sind abnehinhar, um die Entfernung der fertiggewickelten Spule zu ermöglichen, sobald
der mit Nuten versehene Aufbau zusammengekIapl)t ist. Die Seitenwandungen 25 und
26 sind axial in einem Abstand voneinander angeordnet, der der axialen Länge der
zu \\,i,--kelti.deti Spule entspricht. Die Seitenwand 25 besitzt einen Nahenteil
=;, der auf einet- Antriebswelle 28 angeordnet und fest mit ihr verbunden ist. Die
Seitenwandung =6 ist finit einer Welle 29 fest verbunden, die mit der Welle 28 tltt.-litct,
wobei die Seitenwand 26 und die \t"clle -9 im Verhältnis zur Seitentand 25 axial
licwcgli#-h sind. Sobald die Seitenwandungen in Arbuitsstcllung sind, sind sie fest
miteinander verbunden und drehen sieh gemeinsam. Der zy-lindrisc-Iic Aufbau, der
zwischen den Seitenwänden an--(,ordnet ist, umtal.;t eine Mehrzahl von Segmenten,
die normalerweise in einer solchen Lage gehalten sind, dal; ihre äußeren 0l>erflä--hetl
mit der Achse der Fortn konzentrisch sind. Sie sind aber radial beweglich, um nach
innen zusammengeschoben \t-erden ztt können und somit die fertiggewickelte Spule
freizugeben. In der vorliegenden Anordnung sind vier Segmente in Paaren vorgesehen,
wobei die Segmente io und die Segmente 3 t jeweils ein Paar bilden. jedes Segment
ist mit einer Längsreihe quer angeordneter Nuten versehen, wobei die entsprechenden
Nuten der Segmente eines Paares in ihrer Wirkung eine einzelne Nut von einer etwas
geringeren Umfangslänge als eine Hälfte des gesamten ("nifatigs des zvlindris-hen
Aufbaus darstellen. Die Segmente sind mit der Seitenwand 25 verbunden, jedoch ihr
gegenüber beweglich, zu einem Zweck, der im nachfolgenden beschrieben wird. Wie
dargestellt, besitzt die Wand 25 eine axiale Höhlung 32 und die hena-z-hbarten Enden
der Segmente i tvic bei 3,-, dargestellt) eine verminderte 1)i(,-ke, so dal>
sie in die Ausnehmung hineinragen. Die Wand? 5 ist radial mit dem Endteil der Segmente
flu-htend mit einer Bohrung 35 versehen, in der ein Bo@lzeti 36 verschieblich an-',co
ist, der an seinem inneren Ende einen Kopf 3; besitzt, der in eine Ausnehmung im
Endteil des entspre-henden Segments eingreift. Der Bolzen wird in Berührung mit
dem zugehörigen Segment durch eine Feder 38 gedrückt, die um den Bolzen herumgewickelt
und zwischen dessen Kopf 3; und einem hohlen Zapfen 39 angeordnet ist, der in das
ä ulkre Ende der Bohrung 35 eingeschraubt ist, in welcher der Bolzen verschiebli-li
gelagert wird. Die inneren Flächen der vornach tler Nal:c 2; der Scitemvand 25,
so 'laß eine kegelförmige Öffnung entsteht, um ein Spreiz- und Trägerelement aufzunehmen.
Wie hier dargestellt, besitzt das Trägerelement 4o konische Form und ragt von der
Seitemvandung 26 hervor. Es ist so angeordnet, daß, wenn die Seitenwände in Arbeitsstellung
sind, das konische Element 4o in den Raum zwischen den Segmenten hineinragt und
diese in die Arbeitsstellung spreizt. In dieser Stellung besitzen die einzelnen
Segmente an ihrem Umfang einen kleinen Abstand vom benachbarten Segment, wie am
dCutlichsten aus Fig.9 zu ersehen ist. In der dargestellten Anordnung ist das innere
Ende des konischen Elements 40 mit Ausnehmungen 4oa versehen, die kurze Zapfen 401,
die im Nabenteil der Seitenwandung 25 fest angeordnet sind, aufnehmen und so die
beiden Seitenwandungen fest verbinden und eine gleichförmige Umdrehung sichern.
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Die Nuten in den beiden Segmentpaaren sind in quer zur Formachse liegenden
Ebenen angeordnet und besitzen einen solchen axialen Abstand von der Form, daß die
Nutenebenen in einem Segmentpaar zwischen den Nutenebenen im anderen Segmentpaar
liegen, wobei eine Ebene von den beiden benachbarten Ebenen etwa einen halben Drahtdurchmesser
(gewöhnlich etwas mehr) voneinander entfernt liegt. In der besonderen dargestellten
Anordnung besitzt die Seitetnvand 26 einen schrägen Schlitz 41, um das Endteil 23
des zu wickelnden Drahtes aufzunehmen und dieses zum Zweck der Umdrehung mit der
Form zu verbinden. Die Nut 42 an diesem Ende der Segmente 3o, die der Seitenwandung
26 benachbart ist, liegt in einer Ebene, die von der Seitenwandung 26 etwa um einen
halben Drahtdurchmesser entfernt ist. Der Anfang dieser Nut ist im Verhältnis zu
dem Schlitz 41 so angeordnet, daß der Draht in die Nut hineingewickelt wird. Die
der Seitenwandung 26 benachbarte Nut 43 an diesem Ende des Segments 31 liegt
mit ihrer Mitte in einer Ebene, die von der Seitenwand 26 ungefähr um den vollen
Drahtdurchmesser entfernt ist. Die äußere geneigte Wandung dieser Nut erstreckt
sich bis zur Innenfläche der Seitenwand 26. Wenn also die Form gedreht wird und
die erste halbe Windung des Drahtes fast vollendet ist, kommt der Draht mit der
überstehenden, äußeren geneigten Fläche der Nut 43 in Berührung und wird so in die
Nut geführt, daß die nieite halbe Windung in einer Ebene liegt, die von der Ebene
der ersten halben Windung etwa einen Abstand von einem halben Drahtdurchmesser besitzt.
Sobald die zweite halbe Windung annähernd fertig ist, kommt der Draht mit der ersten
halben Windung an einem Punkt, der der Verbindung des Drahtes mit der Seitenwandung
4 t benachbart ist, in Berührung und wird so axial in die folgende Nut in dem benachbarten
Segment 3o abgelenkt. Bei der weiteren Umdrehung der Form wird der Draht jeweils
in Berühning mit der vorhergehenden halben Windung gewickelt, und die Absätze dieser
halben Windungen verursachen entsprechende Absätze, bis die Lage fertiggestellt
ist. Die Nuten sind hier mit V-förmigem Querschnitt dargestellt, wobei
die
Nutenebene sich jeweils durch die tiefste Stelle der Nut erstreckt. Es ist aber
klar, daß die Nuten ch jeden anderen geeigneten Querschnitt besitzen , -tuc
können. Die Ebene durch die Mitte der Nut 44 an dem der Seitenwand 2 5 benachbarten
Ende des Segments 3o besitzt von der Seitenwand einen Abstand, der dem vollen Drahtquerschnitt
gleich ist, und die Mittenebene der entsprechenden Nut 45 in den Segmenten 31 ist
von der Seitenwandung etwa einen halben Drahtdurchmesser entfernt. Auf diese Weise
wird die erste Hälfte der letzten vollen Windung der ersten Lage in einem Abstand
von der Seitenwandung und die zweite Hälfte in Berührung mit der Seitenwandung angeordnet.
Sobald die zweite halbe Windung fertiggestellt ist, läuft der Draht über die erste
Hälfte der letzten Windung und wird zwischen dieser und der Seitenwandung gehalten.
Sobald die erste Hälfte der folgenden Windung annähernd beendet ist, kommt der Draht
mit dem Absatz in der letzten vollen Windung in Berührung und wird gegenüber der
Form axial bewegt, so daß er einen axialen Absatz im Verhältnis zur ersten Hälfte
der folgenden Windung bildet. Danach rutscht der Draht in die Nut zwischen zwei
benachbarten Windungen der vorhergehenden Lage, wobei jeder Absatz in der unteren
Lage einen entsprechenden Absatz in den Windungen der folgenden Lage, und zwar in
einer Richtung, verursacht, die der Richtung der Absätze in der vorhergehenden Lage
entgegengesetzt ist.
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Die fertiggewickelte Spule wird, wie in Abb. 4 gezeigt ist, abgebunden,
um die relative Verschiebung der Windungen beim Herausnehmen der Spule aus der Form
zu verhindern. Zu diesem Zweck besitzen beide Seitemvandungeii entsprechende radiale
Schlitze 4; und 48, durch die ein Bindfaden vor Beginn der W:ckelarbeit eingelegt
und dann um die Spule gebunden werden, kann, nachdem diese fertiggewickelt ist.
Nach Fertigstellung und Abbinden der Spule werden die Seitenwand 26 und das konische
Element 4o zurückgezogen und geben dabei die Segmente frei, so daß diese von den
unter Federdruck stehenden Zapfen nach innen bewegt werden können, um so den zylindrischen
Aufbau zusammenzuziehen und die fertiggewickelte Spule freizugeben. Wie bereits
erläutert, besitzen die Segmente in der Arbeitsstellung einen Abstand voneinander,
und sobald das konische Element herausgezogen ist, werden die Segmente von den Bolzen
nach innen gedrückt. Dabei wird ihre ringförmige Anordnung von dem konischen Element
aufrechterhalten, bis die Kanten der benachbarten Segmente miteinander in Berührung
sind und sich so selbst in einer Stellung halten, in der das konische Element erneut
eingeführt werden kann. Sobald die Seitenwände auf diese Weise voneinander getrennt
sind, wird die Spule von den. Segmenten abgezogen, das konische Element erneut eingeführt,
und die Form ist zur Wicklung einer weiteren Spule fertig. Wie erwähnt, ist die
Konstruktion der Form so getroffen, daß keine äußere Führung erforderlich ist und
der Wickeldraht von einer Vorratsspule über ein Reibungselement 46 (Fig. 13) zwei-
oder dreimal herumgeschlungen ist, das in kurzem Abstand von der Form angeordnet
ist. Das Ende des Drahtes wird dann an der Form zur Umdrehung mit dieser befestigt,
wobei der von dem Reibungselement erzeugte Widerstand so groß gewählt ist, daß er
den Draht straff hält und ihn fest auf die Form aufwickeln läßt.
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Manchmal ist es wünschenswert, daß jede Lage der Spule eine bestimmte
Anzahl voller Windungen und eine zusätzliche halbe Windung umfaßt. Zu diesem Zweck
wird die Bewegungsrichtung des Drahtes längs der Spule am Ende der halben Windung,
die auf die letzte volle Windung in jeder Lage folgt, umgekehrt. In Fig. 1 5 ist
eine Anordnung mit Nuten versehener Segmente dargestellt, mit denen dies durchgeführt
werden kann. Wie dort zu ersehen ist, sind die beiden Segmente C, die zuerst mit
dem Draht in Berührung kommen, identisch, wobei alle Nuten im Segment die gleiche
Breite besitzen und entsprechende Nuten in gleichen Ebenen liegen. Die beiden anderen
Segmente D sind untereinander ebenfalls identisch, und die entsprechenden Nuten
liegen in der gleichen Ebene, jedoch hat jedes Segment D an beiden Enden eine breitere
Nut 49, ähnlich der Nut 43 in Fig. i o. Die Nuten in den Segmenten D liegen in Ebenen
zwischen den Ebenen der benachbarten Nuten in den Segmenten C. Die äußeren geneigten
Flächen der breiten Nuten 49, die der Seitenwandung 26 benachbart sind, lenken die
zweite Hälfte der ersten Lage in der oben beschriebenen Weise ab. Der Draht vollendet
seine letzte halbe Windung, sobald er die letzte der Seitenwandung 25 benachbarte
Nut in den Segmenten C verläßt, wie bei ja dargestellt, und legt sich auf
die letzte vorhergehende volle Windung und beendet so die Lage mit einer halben
Windung. Danach wird der Draht am Ende einer halben Windung jeweils am Ende einer
Lage nach innen verschoben, so daß jede Lage in einer halben Windung endet, wobei
die halbe Windung jeder folgenden Lage an dem der Spule gegenüberliegenden Ende
liegt wie die halbe Windung der vorhergehenden Lage.
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Die Spule kann auch aus zwei oder mehreren getrennten Drahtlängen
hergestellt werden, die gleichzeitig in Teilwindungen gewickelt und zugleich am
Ende jeder Teilwindung verschoben werden. In Fig. 14 ist eine S.egmentanordnung
dargestellt, die zur gleichzeitigen Wicklung zweier Drahtlängen in Viertelwindungen
dient. Die vier Segmente E, F, G und H besitzen an einem Ende eine breite Nut 50,
wobei die breiten Nuten der Segmente E und G an dem der Seitenwand 25 benachbarten
Segmentende und die beiden Nuten der Segmente F und H an dem der gegenüberliegenden
Seitenwand 26 benachbarten Segmentende angeordnet sind. Die Nuten im Segment F besitzen
von den entsprechenden Nuten im Segment E einen Abstand von annähernd einem halben
Drahtdurchmesser, und ebenso die Nuten in den SegmentenG und F bzw. G und H. Die
Form dreht sich in Richtung vom Segment H nach Segment F. Ein Draht 1 tritt an der
Führungskante des Segments E
in die Form ein und ein zweiter Draht
2 an der Führungskante vom Segment G. Bei Umdrehung der Form werden die ersten Viertchvindungen
der beiden Drähte in den benachbarten Endnuten der Segmente F_ bzw. G ge,vickelt,
und die zweiten Viertclw,iridungen treten in die breiten Nuten der Segmente F und
H ein und werden dabei nach innen verschoben. Während der dritten Viertelumdrehung
der Form kommt der Draht i mit dem Draht 2 an dessen Eintrittspunkt in Berührung
und wird von ihm in die zweite Nut des Segments G abgelenkt. Dann kommt der Draht
i mit dem abgelenkten Teil des Drahtes 2 in Berührung, und die vierte Viertelwindung
des Drahtes t wird in die zweite Nut des Segments H abgelenkt. Bei weiterer Umdrehung
der Form kommt der Draht 2 jeweils mit den aufeinanderfolgenden Absätzen in den
vorhergehenden Windungen des Drahtes i in Berührung und wird durch sie seitlich
verschoben und umgekehrt. Die letzte volle Windung der ersten Lage wird vom Draht
i dadurch beendet, daß er vom Segment H, lvie bei ia gezeigt ist, in die zweite
Lage geführt wird, wo er auf die vorhergehenden Windungen der ersten Lage aufgewickelt
wird. Der Draht 2 beendet seine letzte volle Windung der ersten Lage, sobald er
vom Segment F, wie bei 2a gezeigt ist, in die nächste Lage läuft und auf die vorhergehende
aufgewickelt wird. Auf diese Weise ist jede Lage aus einer Mehrzahl von Viertehvindungen
aufgebaut und an jeder Seite mit vier Wülsten, wie in Fig. 14- gezeigt ist, versehen.
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Für den Fachmann ist es klar, daß vielfältige Abänderungen der Erfindung
ohne weiteres möglich sind und die Erfindung nicht auf die dargestellten Einzelheiten
beschränkt ist.