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Verfahren und Vorrichtung zum Bewickeln der Ständer und zum Formen
der Spulen von zwei- oder mehrpoligen Ein- oder Mehrphasenmaschinen Für das Einbringen
von außerhalb des Motors gewickelten Spulen in die Ständernuten sind bisher im wesentlichen
folgende Verfahren bekannt: r. Die Träufelwicklung. In die mit Isoliermaterial ausgekleideten,
halb offenen Ständernuten werden die Drähte der vorgewickelten Spule im wesentlichen
einzeln nacheinander in radialer Richtung eingelegt und durch Einschieben des Nutenkeiles
festgelegt. Die Spulenköpfe werden schon vor dem Einträufeln vorgeformt, nachher
umbandelt und von Hand aus mittels einfacher Werkzeuge in die notwendige Form gebracht.
Dieses Verfahren wird fast immer bei kleinen und mittleren Maschinen angewendet.
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:2. Einlegen der Spulen als Ganzes in radialer Richtung. Vor dem Einlegen
werden .die Spulen mit der Nutenisolation versehen, die Spulenköpfe fertiggebogen
und umbandelt. Die Seiten der Spule werden zwecks Abflachung gepreßt; hierauf wird
die fertige Spulte in radialer Richtung in gegen die Bohrung zu offene Nuten mit
parallelen Flanken eingelegt und durch eingeschobene Nutenverschlußkeile vor dem
Herausfallen gesichert. Dieses Verfahren wird hauptsächlich bei vielpoligen Maschinen
mit großer Bohrung angewendet. Bei z. B. zweipoligen Maschinen und kleiner Bohrung
entstehen erhebliche Schwierigkeiten, weil die für das Einbringen notwendige Form
des Spulenkopfes wesentlich anders ist, als sie im fertigen Zustand sein muß.
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3. Einschieben geradliniger Leiterstäbe in axialer Richtung. Bei großen
elektrischen Maschinen
werden geradlinige, mit der Nutenisolation
fertig umpreßte einzelne Leiterstäbe oder :Leitergruppen großen Querschnittes axial
in die Nuten eingeschoben, die aus dem Ständer herausragenden Leiterteile in die
Form der Spulenköpfe von Hand oder mittels bekannter Einrichtungen gebogen und nachher
so miteinander verbunden, daß sich die Spulenwindungen.bilden. Diese Wicklungsart
kann vorteilhaft nur bei großen und. meist vielpoligen Maschinen angewendet werden,
bei denen in jede Nut nur eitle kleine Leiterzahl zu liegen kommt.
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q.. Einschieben der Spulen in axialer Richtung. Die vorgewickelte
Spule wird mit der Nutenisolation umpreßt, ein Spulenkopf wird fertiggeformt und
umbandelt, der andere aufgeschnitten, und die Drähte werden so gerichtet, daß sie
die geradlinige Fortsetzung,der beiden Spulenschenkel bilden. Dann wird die Spule
in axialer Richtung in halb geschlossene Nuten eingeschoben, die Drähte des aufgeschnittenen
Spulenkopfes werden zurechtgebogen, miteinander entsprechend verlötet und isoliert.
Dieses Verfahren wird wegen des großen Zeitaufwandes nur bei Hochspannungsmaschinen
mit asphaltierten Spulen angewendet.
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Demgegenüber. besteht das erfindungsgemäße Verfahren darin, daß jede
Spule mit geschlossenen Windungen in. die Ständernuten axial eingeschoben wird,
nachdem der zur Ständerachse senkrechte Querschnitt der Spule an den Stellen, die
durch die Nuten geschoben werden müssen, z. B. durch einen Preßvorgang etwas kleiner
gemacht wurde als der Querschnitt der beiden Ständernuten.
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Durch dieses Verfahren ist es möglich, die Spulen vor dem Einbringen
in den Ständer fertigzuwickeln und mit allen Isolationen und- Umbandelungen zu versehen.
Auf diese Weise werden die Drähte der Spulen gegen Verletzungen und Verlagerungen
derart mechanisch gesichert, daß der Einbau der Spulen in das Eisenpaket und die
nachträgliche Formgebung der Spulenköpfe so geringe Sachkenntnis erfordert, daß
selbst mit vollkommen ungelernten Kräften nach kurzer Anlernung eine außerordentlich
(kurze Arbeitszeit und hohe Fertigungssicherheit erzielt werden kann.
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Durch die geordnete Lage der Drähte in der Nut und durch den Wegfall
der Nutenverschlußkeile kann eine wesentlich höhere Nütfüllung und damit höhere
Leistung eines in seinen übrigen Abmessungen festliegenden Motors erreicht werden
als z. B. bei der Träufelwicklung: Es ist hierbei von besonderem Vorteil, daß eine
vollständig sichere, geschlossene Nutenisolation anwendbar ist, die überdies auf
die noch auf der Wickelschablone befindlichen Spulenschenkel aufgebracht werden
kann, wodurch Drahtkreuzungen in der Nut mit allen ihren Gefahren weitgehend vermeidbar
sind.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Spule ebenfalls axial
eingeschoben, aber mit geschi'ossenen Windungen. Die Zeichnungen zeigen Ausführungsbeispiele
des Erfindungsgegenstandes. In Abb. i- ist die vorbereitete Spule i im Querschnitt
durch die Schenkel und in Abb. 2 in Ansicht dargestellt. Die- Spule i wird vorteilhaft
auf einer Schablone gewickelt, die- die geraden Teile des Schenkels frei läßt. Die
Nutenisolationen 2 können dann auf beide Schenkel der noch auf .der Schablone befindlichen
Spule aufgebracht werden, wodurch Drahtkreuzungen in der Nut weitgehend vermeidbar
sind. Die Nutenisolation 2 wird z. B. durch mehrfaches Umwickeln mit Edelpreßspan
von o,i mm Stärke hergestellt, dessen letzte Windung geklebt und während des Tröcknens
durch Klammern gehalten wird. Diejenigen Teile der Spule; die später die Spulenköpfe
bilden, werden dann mit den Unibandelungen3 versehen, die in den weiterem Abbildungen
der Übersichtlichkeit halber ebenso wie die beiden Drahtenden 4 der Spule nicht
mehr eingezeichnet sind.
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Damit nun die .so vorbereitete Spule i erfindungsgemäß mit geschlossenen
Windungen in axialer Richtung in die Nuten eingeschoben werden kann, muß der zur
Ständerachse senkrechte Querschnitt der Spule an den Stellen, die durch die Nut
geschoben werden müssen, etwas kleiner gemacht werden als der Querschnitt der beiden
Nuten, in die die Spule einzubringen ist. Der Querschnitt durch ein Eisenpaket 8
mit einer für das Verfahren günstigen Nutform g ist in Abb. 5 dargestellt. Die dort
gezeichneten offenen Nuten, "deren ebene Flanken gegeneinander so geneigt sind,
daß die lichte Weite des Nutenraümes -gegen die Bohrung zu abnimmt, sind besonders
geeignet, weil sowohl die Herstellung der erfindungsgemäß für das Einschieben notwendigen
Spülenform auf einfache Weise möglich ist als auch die Nutenverschlußkeile entbehrlich
werden. Bei guter Füllung der zwischen den Drähten verbleibenden Hohlräume, z. B.
durch Vakuumtränkung, kann sich im Betrieb die Form des von der Nutenisolation eng
umschlossenen Drahtbündels nicht ändern und ist daher durch die Nutform selbst gegen
Bewegungen in radialer Richtung gesichert.
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Als Beispiel für das erfindungsgemäße Verfahren wird der Einbau der
ersten Spule einer zweipoligen Drehstromwicklung mit 2q. Nuten beschrieben. Die
für das Einschieben notwendige Form der Spule i wird z. B. durch Pressen in einer
zweiteiligen Form 5, 6 gemäß Abb. 3 und q. hergestellt. Abb. 3 Zeigt den Querschnitt
dieser Preßform mit eingelegter Spule r und Abb. q. eine Draufsicht bei abgenommenem
Oberteil 6. Der Querschnitt der Spulenschenkel wird durch das Pressen etwas kleiner
gemacht als der Nutenquerschnitt, und beide Schenkel werden in jene Lage zueinander
gebracht, die die beiden Nuten besitzen, in die die Spule eingeschoben werden soll.
Im gleichen Arbeitsgang wird der eine Spulenkopf an den Stellen 7, die durch die
Nut geschoben werden müssen, in die zum Einschieben notwendige Form gepreßt. Der
zur Ständerachse senkrechte Querschnitt der Spule i wird also an allen Stellen,
die durch die Nut geschoben werden müssen, etwas kleiner gemacht als "der Querschnitt
der beiden Nuten, in die die Spule einzubringen ist. Das in Abb. q. an den Stellen
7 angedeutete Breitquetschen des Drahtbündels ist für die Drahtisolation ganz unschädlich,
wenn die Spule mit passendem Querschnitt
gewickelt wird, z. B.
so, daß die Breite des Leiterbündels gleich oder etwas kleiner gemacht wird, als
die Nutbreite an der engsten Stelle beträgt. Die Nut erhält dabei auch die richtige
Füllung, weil der wegen der größeren mittleren Nutbreite zur Verfügung stehende
größere Nutquerschnitt zur Unterbringung der Nutenisolation benötigt wird.
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Die so geformte Spule i kann nun ohne weiteres in die beiden Nuten
in axialer Richtung eingeschoben werden. Dabei ist es von großem Vorteil, daß die
später die Spulenköpfe bildenden Stellen der Spule bereits umbandelt .sind, weil
dadurch die Drähte dort, wo sie beim Einschieben entlang der Zahnkante gleiten müssen,
durch die Umbandelung gegen Verletzung der Isolation geschützt sind. Das Einführen
der Spule kann noch erleichtert werden, wenn in jede der beiden Nuten ein, dünnes,
der Nutform angepaßtes Blech eingesetzt wird, das ein wenig in die Nut hineinragt
und sich vom Eisenpaket weg schwach halbtrichterartig erweitert. In Abb.5 ist das
Eisenpaket 8 mit eingeschobener Spule i im Querschnitt, in Abb. 6 im Längsschnitt
durch die beiden Nuten, in denen die Spule sitzt, und in Abb. 7 in einer seitlichen
Ansicht dargestellt.
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Die nach dem Einschieben aus dem Eisenpaket herausragenden fertig
umbandelten Spulenteile müssen nunmehr in die durch die Art der Wicklung vorgeschriebene
Form des Spulenkopfes gebracht werden. Mittels der in der Wickelei bisher angewendeten
Verfahren, wie z. B. Verformung von Hand aus mit Klopfholz und Hammer in Verbindung
mit Formeinlagen oder ähnlichen Hilfsmitteln, läßt sich das durch die Umbandelung
verhältnismäßig starr gewordene Drahtbündel nur mehr schwer oder gar nicht in die
gewünschte Form bringen. Erfindungsgemäß wird diese schwierige Verformung sehr rasch
und sicher so durchgeführt, daß mit einem besonderen mehrteiligen Verformungswerkzeug
die aus dem Eisenpaket herausragenden, fertig umbandelten Spulenteile als Ganzes
in die durch die Art der Wicklung vorgeschriebene Form des Spulenkopfes gebracht
werden. Als Beispiel wird nachstehend ein solches Verformungswerkzeug und seine
Anwendung bei der Verformung beschrieben, die im wesentlichen aus vier Arbeitsgängen
besteht.
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Der erste Arbeitsgang bzw. der Zustand nach dessen Beendigung ist
in Abb. 8 bis i i dargestellt und besteht im Einbringen des Verformungswerkzeuges
in den Raum, der von den aus dem Eisenpaket herausragenden Spulenteilen umschlossen
wird. Das Verformungswerkzeug besteht im wesentlichen aus zwei Verformungsstücken
io, i i, die auf einem Gleitkeil i2 gegeneinander verschiebbar angeordnet sind.
Jedes der beiden Verformungsstücke io, ii trägt je einen Zapfen 13, 14, an denen
zwei Winkelhebel 15, 16 angreifen, die durch einen Bolzen 17
so miteinander verbunden sind, daß durch Ausübung einer entsprechenden Kraft auf
die freien Enden der Winkelhebel 15, 16 die beiden Verformungsstücke io, i i voneinander
entfernt oder einander genähert werden können.
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Abb. 8 bis i i zeigen das Eisenpaket 8 mit eingeschobener Spule i
und eingelegtem Verformungs-Werkzeug io bis 17- In Abb. 8 sind :das Eisenpaket 8
und die Teile io bis 14 des Verformungswerkzeuges in Ansicht von vorn gezeichnet,
während die Schenkel der Spule i im Schnitt entlang A-B der Abb. g dargestellt sind.
Im Eisenpaket 8 sind der Übersichtlichkeit halber nur die beiden Nuten eingezeichnet,
in die die Spule eingeschoben ist. Abb. 9 zeigt einen Schnitt entlang C-D der Abb.
8, wobei die Spule i aber in Ansicht dargestellt ist. Abb. io zeigt eine Ansicht
aller Teile von oben und Abb. i i eine Seitenansicht. Abb. 8 und 9 zeigen deutlich,
daß im ersten Arbeitsgang die beiden Verformungsstücke io, 1i, nachdem sie einander
ganz genähert wurden, von oben her in den Raum, der von den aus dem Eisenpaket 8
herausragenden fertig umbandelten Spulenteilen umschlossen wird, eingebracht werden
können.
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Den zweiten Arbeitsgang bzw. den Zustand nach dessen Beendigung zeigen
Abb. 12 bis 15, die bezüglich der geometrischen Darstellung gleich den Abb.
8 bis i i gehalten sind. Im zweiten Arbeitsgang werden die beiden Verformungsstücke
io, ii durch Ausübung einer entsprechenden Kraft auf die freien Enden der Winkelhebel
15, 16 voneinander entfernt. Dabei umfassen die entsprechend geformten Verformungsstücke
io, i i zuerst die Schenkel der Spule i und halten so bei der dann einsetzenden
Vorverformung die richtige Breite der den Spulenkopf bildenden Spulenteile aufrecht.
Diese Vorverformung besteht, wie am deutlichsten Abb. 13 zeigt, im wesentlichen
in der Herstellung einer Kröpfung in den vorher geradlinig verlaufenden Spulenschenkeln
i und in einer Vergrößerung des Halbmessers der runden Spulenenden. Die notwendige
Abstützung der Spulenschenkel erfolgt bei den Spulen der ersten Lage am Eisenpaket
8; bei den Spulen der weiteren Lagen an den bereits früher gebildeten Spulenköpfen.
Die in diesem Arbeitsgang hergestellte Vorform der aus dem Eisenpaket 8 herausragenden
Spulenteile muß so geartet sein, daß durch den folgenden dritten Arbeitsgang die
durch die Art der Wicklung vorgeschriebene Form des Spulenkopfes gebildet wird.
Diese Bedingung wird zwangsläufig erfüllt, wenn die Verformungsstücke io, ii gemäß
der später näher beschriebenen Formgebung ausgebildet sind und die Spule die passende
Länge besitzt.
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Im dritten Arbeitsgang wird das ganze Verformungswerkzeug samt den
vorverformten Spulenteilen um 9o° umgelegt, womit der Spulenkopf seine endgültige
Form erhält. Der Zustand nach Beendigung dieses Arbeitsganges ist in Abb. 16 bis
18 gezeigt. Abb. 16 stellt einen Schnitt entlang E-F -der Abb. 18 dar, wobei aber
der fertig ausgebildete Spulenkopf 18 in Ansicht gezeichnet ist. Abb. 17 zeigt eine
Ansicht aller Teile in der gleichen Lage wie Abb. 6, und in Abb. 8 ist die Seitenansicht
dargestellt. Das Umlegen um 9o° erfolgt durch Ausübung einer entsprechenden Kraft
auf die freien Enden der Winkelhebel 15, 16. Abb. 16 zeigt die richtige Form des
Spulenkopfes 18; seine' innere Begrenzung liegt bei allen noch freien Nuten außerhalb
des istrichliniert gezeichneten, den Nutengrund andeutenden Kreises ig, und seine
äußere Begrenzung
liegt innerhalb des Außendurchmessers 2o des
Eisenpaketes B. Eine solche Lage der äußeren Begrenzung ist nicht Bedingung; aber
meist. erwünscht.
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Im vierten. Arbeitsgang müssen die Verformungsstücke i o, ii aus dem
fertig gebildeten Spulenkopf i8 entfernt werden. Wie Abb. ig und 2o zeigen, werden
zu diesem Zweck die Verformungsstücke io, ii -durch Ausübung einer entsprechenden
Kraft auf die freien Enden der Winkelhebel 15; 16 einander ganz genähert, wodurch
die Umgreifung des Spulenkopfes 18 durch die Verformungsstücke io, ii aufgehoben
wird und, wie Abb. ig zeigt, diese in Richtung der Ständerachse entfernt werden
können.
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Abb. 2,1 zeigt den Zustand nach Beendigung dieses vierten und letzten
Arbeitsganges. Da in axialer Richtung alle noch ünbewickelten Nuten frei liegen,
kann die nächste Spule auf jeden Fall eingeschoben werden, gleichgültig, in welche
Nuten sie gemäß der gewünschten Art der Bewicklung eingebracht werden muß.
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Die Form der Verformungsstücke io, i i für einen maßtechnisch bestimmten
Fall ist in der Hauptsache nach Aufzeichnung der gewünschten Spulenkopfform-, .ähnlich
Abb. 16, gegeben. Der Abstand a, um den die Verformungsstücke io, ii gegeneinander
beweglich sein müssen, ergibt sich aus der Notwendigkeit, . diese in zusammengeschobenem
Zustand zwischen die nach dem Einschieben geradlinig aus der Nut herausragenden
Spülenschenkel einbringen zu können (Abb. 8). Durch den Abstanda ist auch die Ausbildung
der Winkelhebel 15, 16 gegeben, die vorteilhaft mit kniehebelartiger Wirkung ausgestattet
werden, wodurch auch noch bei großen Motoren die menschliche Muskelkraft für die
Verformungsvorgänge ausreichend ist. Die Formgebung des die Spule- unten umfassenden
Teiles 21 der Verformungsstücke io, ii ist an den, Stellen, 2,2, durch die Bedingung
festgelegt, . daß .die Verformungsstückezo, ii aus dem fertigen SpulenkopfiKin Richtung
der Ständerachse entfernt werden müssen.
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Wenn in der Wicklung Spulen verschiedener Weite vorkommen, so ist
für jede Spülenweite ein eigenes Verformüngswerkzeüg notwendig. Bei der im Beispiel
angenommenen zweipoligen Drehstromwicklung in 24 Nuten werden Spulen mit zwei verschiedenen
Weiten angewendet, und es sind demnach nur zwei verschiedene Verformungswerkzeuge
erforderlich.
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Nach dem beschriebenen Einbau der ersten Spule in die Nuten I und
XIV (Abb. 21) wird die symmetrisch dazu liegende zweite Spule in gleicher Weise
in die Nuten II und. XIII eingebaut, womit die erste Spulenkopflage gebildet ist.
Die dritte Spule wird in die Nuten XV und XXIV und die vierte, dazu symmetrische
Spule in die Nuten III und XII eingebaut. Diese beiden Spulen haben eine kleinere
Weite, und zu ihrer Verformung ist ein zweites Werkzeug notwendig. Die im zweiten
Arbeitsgang notwendige und schon früher erwähnte Abstützung der Sphlenschenkel dieser
beiden Spulen erfolgt an den bereits gebildeten Spülenköpfen der ersten bzw. zweiten
Spule. Die Spülenköpfe der dritten und vierten Spule legen sich auf die unteren
Spulenköpfe und bilden die zweite Spulenkopflage. Damit ist eine Phase gewickelt,
und die beiden anderen .Phasen .der Drehstromwicklung sind um i2o° ver--setzt mit
den gleichen Werkzeugen herstellbar. Es ergibt sich also eine Sechslagenwicklung,
die aber bei der geringen Höhe jeder einzelnen Lage die gleiche Ausladung ergibt
wie die bei vorstehendem Beispiel sonst übliche Dreilagenwicklung. Die ganze Länge-
jeder Spule muß, wie auch bei den bisher bekannten Bewicklungsverfahren, der Weite
des Spulenkopfes und .dessen Lage in axialer Richtteig angepaßt werden. Für die
im Ausführungsbeispiel beschriebene Bewicklüng werden Spulen mit sechs verschiedenen
Längen benötigt.
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Die praktische- Durchführung des Verfahrens hat gezeigt, daß die in
der Elektroindustrie üblichen Drahtisolationen, z. B. einmal Papier, einmal Baumwolle,
die bei dem Verformungsvorgang auftretenden Beanspruchungen mit voller Sicherheit
aushalten. Auch Drähte, mit einmal' Papier, einmal Zellwolle isoliert, konnten trotz
.der höheren Druckempfindlichkeit der Zellwolle einwandfrei verarbeitet werden.
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Besonders geeignet ist das Verfahren für die Bewicklung von Eisenpaketen
mit kleiner Bohrung und großer Eisenlänge, da die Träufelwicklung bei derartigen
Ständerabmessungen sehr zeitraubend und unsicher wird. Das Verfahren gestattet bei
gleicher Einfachheit und Sicherheit auch noch die Bewicklung von Ständern, bei denen,
wie in Abb. 22, im Längsschnitt dargestellt, das Eisenpaket 8 in ein rohrförmiges
Gehäuse 23 fest eingebaut ist, das wesentlich: länger ist als das Eisenpaket und
.das überdies an seinen Enden. Flansche 24 trägt, deren lichte Weite. nur etwas
größer als der Durchmesser des Nütengr-undes ist. Derartige Ständer werden. für
Motoren benötigt, deren Außendurchmesser so klein wie möglich gehalten werden muß.
Für die Bewicklung eines solchen Ständers muß das beschriebene Verformungsverfahren
wie folgt etwas abgeändert werden.
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Nach dem früher beschriebenen zweiten Arbeitsgang werden rdurch eine
geeignete Sperrvorrichtung, z. B, eine an den Verformungsstücken angebrachte federartig
einschnappende Klinke, die beiden Ver-Formungsstücke 1o, ii in; ihrer Lage zueinander
festgehalten. Im folgenden dritten Arbeitsgang kann das Umlegen des ganzen Verformungswerkzeuges
samt den verformten Spulenteilen durch Ausübung einer entsprechenden Kraft auf die
Winkelhebel 15, 16 .nur um ungefähr 45' erfolgen, weil dann die Winkelhebel 15,
16 an dem Gehäuseflansch 2¢ anstehen. Sie werden nach Erreichung dieser Lage von
den an den Verformungsstücken io, ii befindlichen Zapfen 13, 14 abgehoben, und das
weitere Umlegen bis go° wird, wie Abb. 22 und 23 zeigen; mit einem eigenen, an den
frei gewordenen Zapfen 13, 14: angreifenden Umlegewerkzeug 25 vorgenommen. Dieses
ist so geformt, daß es bei um ungefähr 45' geneigter Lage des Verformungswerkzeuges
durch die Flanschbohrung hindurch auf die Zapfen 13, 14. aufgeschoben werden kann
und das Umlegen um die restlichen 4.5° möglich ist, ohne d'aß der Stiel
26
dieses Umlegewerkzeuges 25 den Gehäuseflansch 2,. berührt.
In Abb.23 ist der Zustand nach erfolgter Umlegung dargestellt. Nunmehr wird das
Umlegewerkzeug 25 von den Zapfen 13, i,. in axialer Richtung abgezogen und die die
beiden Verformungsstückeio, ii distanzierende Sperrung gelöst. Hierauf können, wie
schon früher im vierten Arbeitsgang beschrieben, die beiden Verformungsstücke io,
i i einander genähert und ebenfalls in axialer Richtung aus dem fertig verformten
Spulenkopf herausgezogen und durch die Flanschbohrun g hindurch entfernt werden.
Die weitere Bewicklung erfolgt wie früher beschrieben und bietet keine Schwierigkeiten,
wenn der Raum zwischen Eisenpaket 8 und Gehäuseflansch 2,. für .die Aufnahme aller
Spulenköpfe richtig bemessen ist.