EP4712117A1

EP4712117A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines bandwickels

Info

Publication number: EP4712117A1
Application number: EP25201617.5A
Authority: EP
Inventors: Ulf Schmidtgen; Wolfgang ZÄNGLEIN
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2024-09-12
Filing date: 2025-09-11
Publication date: 2026-03-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren 200 zum Herstellen eines Bandwickels 8, 9. Das Verfahren 100 weist die folgenden Schritte auf: Bereitstellen eines Bandes 1, S1, Aufwickeln des Bandes 1 auf einen Wickeldorn 5 unter Bildung von Wickellagengruppen 25, 26 des Bandwickels 8, 9, S2, und zweimaliges Durchtrennen der Wickellagengruppen 25, 26 zum Erhalt von Wickelbasiselementen 18 und getrennten Wickelelementen 19, S3.

Daneben werden ein Ringbandkern 22 sowie eine Vorrichtung 100 zur Herstellung eines Bandwickels 8, 9 angegeben.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen eines Bandwickels, einen Ringbandkern sowie eine Drossel und einen Transformator.
Drosseln gehören zu den induktiven Bauelementen und sind Spulen zur Begrenzung von Strömen in elektrischen Leitungen, zur Zwischenspeicherung von Energie in Form ihres Magnetfeldes, zur Impedanzanpassung oder zur Filterung. Die meisten Drosseln besitzen einen Magnetkern, weil sie dann wesentlich weniger Windungen für die gleiche Induktivität als Luftdrosseln benötigen.
Transformatoren bestehen meist aus zwei oder mehr Spulen, die in der Regel aus isoliertem Kupferdraht gewickelt sind und sich auf einem gemeinsamen Magnetkern befinden. Sie dienen beispielsweise zur Spannungswandlung in Energieversorgungsanlagen und in technischen Geräten. Weiterhin werden sie bei der Signalübertragung und der Schutztrennung benötigt.
Magnetkerne bestehen aus einem weichmagnetischen Werkstoff mit möglichst hoher magnetischer Sättigungsflussdichte und hoher magnetischer Permeabilität. Dadurch wird der magnetische Fluss, der bei Stromfluss durch den elektrischen Leiter der Spule entsteht, verlustarm gebündelt, geführt und die Induktivität erhöht. Eine hohe Permeabilität erhöht das Magnetfeld einer Induktivität um bis zu fünf Zehnerpotenzen gegenüber einer Induktivität mit Luft als Kern, wodurch die Abmessungen der Induktivität mit einem Magnetkern kleiner als bei einer Luftspule werden können.
Als Maßnahme gegen Wirbelstromverluste werden Magnetkerne von Transformatoren und Elektromotoren nicht massiv ausgeführt, sondern lamelliert, "geblecht". Diese formgestanzten oder geschnittenen Elektrobleche werden mit einem hitzebeständigen und isolierenden Lack beschichtet und parallel orientiert zu den magnetischen Feldlinien zu Blöcken geschichtet oder zu Ringen gerollt. Der magnetische Fluss verteilt sich somit auf einzelne voneinander getrennte Flüsse in den einzelnen Blechen, in denen sich damit nur kleinere Wirbelströme ausbilden können, deren Verlustleistung insgesamt deutlich geringer als in einem vollen Material ist. Die Bleche sind meist dünner als 1 mm. Je dünner das Blech ist, desto geringer sind die Wirbelstromverluste beziehungsweise, je höher darf die Betriebsfrequenz sein.
Lamellierte Magnetkerne werden hauptsächlich im Bereich niedriger Frequenzen von 16 bis 400 Hz eingesetzt. Gewickelte Bandkerne mit Banddicken um 20 µm können jedoch bis 100 kHz eingesetzt werden. Bei Frequenzen im Hochfrequenzbereich werden für Kerne von Übertragern, Spulen und Drosseln jedoch überwiegend Pulverkerne oder Ferrite eingesetzt.
Eine Möglichkeit der Herstellung von Transformatorenkerne aus Elektroblech ist das Stapeln von geschnittenen Blechplatten. Von Blechcoils unterschiedlicher Bandbreite werden Abschnitte erzeugt, welche zu einem Rechteck oder einem Rechteck mit Mittelsteg gelegt werden. Durch die Nutzung unterschiedlicher Blechbreiten wird hierbei eine ovalisierte Kernquerschnittsform erzeugt. Die Ablage der Bleche erfolgt dabei in der Form, dass nach einer bestimmten Anzahl von Blechen ein seitlich überlappender Versatz erfolgt, welcher den Magnetfluss verbessert. Aufgrund der Rechteckform und der Verwendung von geraden Blechen ergeben sich im Magnetfluss eines dreiphasigen Transformators, d. h. mit im Rechteck mit Mittelsteg gelegten Blechabschnitten, sechs Verbindungsstöße, nämlich je viermal im Magnetflusskreis, wodurch die Permeabilität negativ beeinflusst wird.
Alternativ können Bandkerne aus einem dünnen weichmagnetischen Band mit einer Dicke zwischen (typischerweise und je nach Legierung) 20 µm und 1 mm gewickelt werden. Die in der Herstellung einfachste und kostengünstigste Form ist ein Ringbandkern. Bis auf den vernachlässigbaren Übergang zwischen den Bandlagen entsteht somit ein idealer, in sich geschlossener magnetischer Kreis mit gleichmäßigem Querschnitt. Die dynamischen Eigenschaften werden wesentlich von der verwendeten Legierung und von der Banddicke gesteuert.
Ringbandkerne werden üblicherweise aus einem langen Band hergestellt, das typischerweise zunächst in die entsprechende Breite geschnitten werden muss. Sie werden daher auch Schnittbandkerne genannt. Das Band wird mit Hilfe einer Wickelmaschine zu einem Kern aufgewickelt. Nach dem Wickeln folgt eine Wärmebehandlung, bei der die magnetischen Eigenschaften des Kernes eingestellt oder gezielt verbessert werden, je nach Legierung zwischen ca. 200 °C und 600 °C. Bei der Wärmebehandlung verändert sich das Material nicht nur magnetisch, sondern auch mechanisch. Amorphe und nanokristalline Legierungen sind nach der Wärmebehandlung ziemlich spröde und können daher auch leicht mechanisch beschädigt werden.
Beispielsweise beschreibt die WO 2023/218101 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines Ringbandkerns mit den Schritten: Bereitstellen eines weichmagnetischen Bandes auf mindestens zwei Bandspulen; Abwickeln des Bandes von zwei Bandspulen und Aufwickeln des Bandes auf zwei mit einem Abstand voneinander angeordneten Wickeldornen zu je einem mehrlagigen ersten Bandwickel durch Rotation der Wickeldorne um je eine erste Drehachse, wobei nach jeweils mehreren Lagen ein Trennelement in die sich bildenden ersten Bandwickel eingelegt wird; Verringern des Abstands der Wickeldorne, bis die ersten Bandwickel einander berühren; Abwickeln des Bandes von zwei Bandspulen und Aufwickeln des Bandes zu einem die ersten Bandwickel umschlingenden, mehrlagigen zweiten Bandwickel durch Rotation der Wickeldorne um eine gemeinsame zweite Drehachse, wobei nach jeweils mehreren Lagen ein Trennelement in den sich bildenden zweiten Bandwickel eingelegt wird; Schrittweises Durchtrennen der Bandwickel zu einer Mehrzahl von Bandabschnitten; Aufnehmen mindestens einer Spule und Ablegen der Spule auf den Bandabschnitten; Umformen freier Enden der Bandabschnitte und Verbinden der Enden der Bandabschnitte zu einem geschlossenen Ring.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, verbesserte Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung eines Ringbandkerns anzugeben. Wünschenswert wäre eine Verbesserung der magnetischen Eigenschaften. Weiter wünschenswert wäre eine Vereinfachung des Fertigungsverfahrens für Transformatoren der beschriebenen Art.
Gelöst wird dies Aufgabe durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche betreffen Ausgestaltungen.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bandwickels, wobei der Bandwickel beispielsweise ein Ringbandkern sein kann oder zu einem Ringbandkern verarbeitet werden kann. Das Verfahren weist auf: Bereitstellen eines Bandes, Aufwickeln des Bandes auf einen Wickeldorn unter Bildung von Wickellagengruppen des Bandwickels, zweimaliges Durchtrennen, insbesondere genau zweimaliges Durchtrennen, der Wickellagengruppen zum Erhalt von Wickelbasiselementen und getrennten Wickelelementen.
Unter einem Ringbandkern wird vorliegend ein mehrlagiger Ringkern, d. h. ein magnetischer Kreis in geschlossener Ringform, beispielsweise in Form eines Toroides oder eines abgerundeten Rechtecks, verstanden, der aus einem aufgewickelten Band bzw. Bandwickel gefertigt ist.
Unter einem Band wird vorliegend ein Materialstreifen verstanden, dessen laterale Abmessungen, die in einer Ausdehnungsebene des Bands liegen, die Dicke des Bands deutlich übersteigen. Vorzugsweise ist die laterale Abmessung in einer Ausdehnungsrichtung, der Länge des Bands, deutlich größer als in der anderen Ausdehnungsrichtung, der Breite des Bands.
Das Band kann vorzugsweise ein weichmagnetisches Material aufweisen oder aus einem weichmagnetischen Material bestehen. Weiter vorzugsweise kann die Materialdicke bzw. Dicke des Bands im Bereich zwischen 0,02 mm und 1 mm liegen, beispielsweise zwischen 0,1 mm und 1 mm. Die Materialdicke bzw. Dicke des Bands kann bevorzugt mehr als 0,18 mm betragen. Das Band kann ein kornorientierten oder ein nicht-kornorientiertes Material aufweisen oder aus einem solchen Material bestehen.
Unter einem "weichmagnetischen Werkstoff" wird vorliegend ein Material verstanden, dass sich in einem Magnetfeld leicht magnetisieren lässt. Vorzugsweise weist ein weichmagnetischer Werkstoff eine Koerzitivfeldstärke von weniger als 1000 A/m, weiter vorzugsweise weniger als 500 A/m auf. Ein typischer weichmagnetischer Werkstoff ist beispielsweise sog. Elektroblech, beispielsweise aus einer Eisen-Silizium-Legierung. Das Elektroblech kann ein nicht-kornorientierter Werkstoff sein, z. B. in Form eines sog. Dynamo- oder Motorenblechs, oder ein kornorientierter Werkstoff, z. B. in Form eines sog. Transformatoren- oder Kernblechs.
Das Band kann beispielsweise auf einer oder mehreren, z. B. zwei, Bandspulen bereitgestellt werden, von welcher bzw. welchen es abgewickelt werden kann. Die Bandspule(n) können Teil einer Bandzuführeinrichtung sein.
Der Wickeldorn kann beispielsweise um eine erste Drehachse rotierend antreibbar ausgebildet sein, so dass der Bandwickel durch Rotation des Wickeldorns um die erste Drehachse ausgebildet werden kann. Es besteht auch die Möglichkeit mehrere Bandwickel, z. B. zwei Bandwickel, gleichzeitig herzustellen, beispielsweise, indem das Band von zwei Bandspulen abgewickelt und auf zwei mit einem Abstand voneinander angeordnete Wickeldorne zu je einem mehrlagigen ersten Bandwickel durch Rotation der Wickeldorne um je eine erste Drehachse aufgewickelt wird.
Vorzugsweise kann der Wickeldorn eine im Wesentlichen quaderförmige Geometrie aufweisen, so dass Wickel mit einer im Wesentlichen rechteckigen Grundform erhalten werden können.
Weiter vorzugsweise können für jeden Wickeldorn Bänder unterschiedlicher Breite auf jeweils mindestens zwei Bandspulen bereitgestellt werden, so dass zum Herstellen des Bandwickels Bänder verschiedener Breite verwendet werden können. In einer Ausführungsvariante können mindestens vier unterschiedlich breite Bänder zur Bildung eines Ringbandkerns mit mindestens achtfach gestuftem Querschnitt verwendet werden.
Beispielsweise kann ein Bandwickel aus mindestens zwei unterschiedlich breiten Bändern mit von innen nach außen variierender Breite hergestellt werden. So besteht die Möglichkeit der Herstellung eines inneren Bandwickels mit von innen nach außen zunehmender Breite und/oder eines äußeren Bandwickels mit von innen nach außen abnehmender Breite. Es kann also ein Bandwickel mit einer festlegbaren Querschnittsgeometrie, insbesondere einer ovalen oder ovalisierten Querschnittsgeometrie, hergestellt werden.
Zum Herstellen des Bandwickels werden mehrere, vorzugsweise mehrlagige, Wickellagengruppen erzeugt, d. h. eine erste Wickellagengruppe und mindestens eine weitere Wickellagengruppe. Jede Wickellagengruppe kann eine vorgebbare Anzahl an Wickellagen aufweisen, wobei sich die Anzahl der Wickellagen zwischen den Wickellagengruppen unterscheiden kann oder gleich gewählt sein kann. Beispielsweise kann jede Wickellagengruppe mit einer anderen Bandbreite gebildet sein. Die Dicke einer Wickellage kann beispielsweise zwischen 2 mm und 30 mm betragen.
Jede Wickellagengruppe wird mindestens zweimal durchtrennt, so dass ein Wickelbasiselement und ein getrenntes Wickelelement erhalten werden. Das Wickelbasiselement kann nachfolgend beispielsweise das E-Element des Ringbandkerns oder einen Teil davon bilden, während das getrennte Wickelelement nachfolgend das Joch des Ringbandkerns oder einen Teil davon bilden kann.
Die Durchtrennung der ersten Wickellagengruppe und alle weiteren beschriebenen Durchtrennungen können vorzugsweise außerhalb von Eckbereichen des Wickels erfolgen, so dass möglichst kleine Schnittflächen erhalten werden und die Unterbrechung des Magnetflusses gering ist. Die Position der Durchtrennung kann weiter vorzugsweise derart gewählt sein, dass die Schenkel des aus dem Wickelbasiselements ausbildbaren E-Elements des Ringbandkerns eine Spule aufnehmen können.
Das Durchtrennen der einzelnen Wickellagengruppen vereinfacht oder ermöglicht überhaupt erst - je nach Gesamtwickeldicke - die Trennung des Ringbandkerns, so dass z. B. das Einbringen von Spule ermöglicht wird. Das vorgeschlagene Verfahren eignet sich insbesondere für Ringbandkerne mit einer Wickeldicke von mehr als 300 mm, weil bei dieser Dicke ein Durchtrennen mit einem einzelnen Schnitt nach Abschluss der Wicklung nicht oder nur noch stark eingeschränkt mit hohem Aufwand möglich ist.
Zudem kann mittels des Verfahrens eine saubere Trennung erfolgen, die ein möglichst exaktes formschlüssiges Fügen der Wickelbasiselemente und getrennten Wickelelemente ermöglicht. Demgegenüber ist ein Durchtrennen eines komplett fertig gewickelten Ringbandkerns aufgrund der Banddicke und der Bandeigenschaften nicht oder nur mit erhöhtem Aufwand möglich. Zudem werden Schnittflächen geringer Qualität erhalten, so dass das Fügen der Wickelbasiselemente und getrennten Wickelelemente erschwert ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten kann vor dem Aufwickeln des Bandes, z. B. zwischen dem Abwickeln des Bandes und vor dem Aufwickeln des Bandes, eine Beschichtung auf das Band aufgetragen werden.
Die Beschichtung kann beispielsweise als sog. Backlackbeschichtung erfolgen, d. h. als eine Beschichtung, welche nach dem Herstellen des Bandwickels thermisch aktiviert wird. Die Beschichtung dient der elektrischen Isolierung der einzelnen Wickellagen und optional dem Verbinden, z. B. Verkleben, der einzelnen Wickellagen, um z. B. die geometrische Gestalt des Bandwickels vor Verformung zu schützen und/oder die Handhabung des Bandwickels zu erleichtern.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann das Verfahren weiterhin aufweisen: Herstellen von zwei inneren Bandwickeln gemäß einem Verfahren nach vorstehender Beschreibung, Zusammenführen der zwei inneren Bandwickel bis diese einander berühren, Aufwickeln des Bandes auf die inneren Bandwickel zur Bildung von Wickellagengruppen eines äußeren Bandwickels und zweimaliges Durchtrennen, insbesondere genau zweimaliges Durchtrennen, der Wickellagengruppen des äußeren Bandwickels zum Erhalt von Wickelbasiselementen und getrennten Wickelelementen.
Mit anderen Worten können zunächst zwei innere Bandwickel wie beschrieben hergestellt werden, die anschließend zum Herstellen eines mehrlagigen äußeren Bandwickels gemeinsam umwickelt werden, wobei das Wickeln analog zur Herstellung der inneren Bandwickel erfolgt.
Beispielsweise kann ein Band auf mindestens zwei Bandspulen bereitgestellt werden. Anschließend wird das Band von den beiden Bandspulen abgewickelt und zur Erzeugung der inneren Bandwickel auf zwei mit einem Abstand voneinander angeordneten Wickeldornen zu je einem mehrlagigen ersten Bandwickel durch Rotation der Wickeldorne um je eine erste Drehachse aufgewickelt. Anschließend wird der Abstand der Wickeldorne verringert, bis die inneren Bandwickel einander berühren. Danach wird das Band von den zwei Bandspulen abgewickelt und zu einem die inneren Bandwickel umschlingenden, mehrlagigen äußeren Bandwickel durch Rotation der Wickeldorne um eine gemeinsame zweite Drehachse aufgewickelt.
Die Trennschnitte können analog dem inneren Bandwickel auch für den äußeren Bandwickel erfolgen. Nachdem die letzten beiden Trennschnitte erfolgt sind, ist die Herstellung des Wickelkerns abgeschlossen.
Das beschriebene Verfahren ermöglicht die Fertigung eines zweiteiligen Ringbandkerns mit einem E-förmigen Element und einem Joch, indem jeder Bandwickel zweimal durchtrennt wird. Dies bedeutet, dass der Magnetfeldfluss insgesamt nur noch an drei Stellen, nämlich je zweimal im Magnetflusskreis, unterbrochen ist, wodurch eine verbesserte Permeabilität und ein verbesserter Magnetfluss erreicht werden. Zudem resultieren keine spitzen Ecken wie bei der Verwendung von gestapelten Blechen nach dem Stand der Technik, wie z. B. der Step-Lap-Kerntechnik, wodurch die Anfälligkeit für Oberwellen geringer ist und Wirbelströme, die einen höheren Energieverbrauch und einen hohen Blindstromanteil verursachen, verringert werden können.
Das vorgeschlagene Verfahren kann zudem eine separate Herstellung der Bandwickel, z. B. der beiden inneren Bandwickel und des äußeren Bandwickels, unabhängig voneinander ermöglichen. Die Wickelbasiselemente und getrennten Wickelelemente der Bandwickel können dann separat zu zwei Teilen, z. B. zum Joch und dem E-Element, gefügt werden. Dies kann vorteilhaft für den Gesamtproduktionsprozess sein.
Für das Aufwickeln des Bandes und das Durchtrennen der Wickellagengruppen bieten sich u. a. die nachfolgend beschriebenen zwei Varianten.
In einer ersten Variante wird das Band auf den Wickeldorn zur Bildung einer ersten Wickellagengruppe des Bandwickels aufgewickelt. Anschließend wird die erste Wickellagengruppe zum Erhalt eines Wickelbasiselements und eines getrennten Wickelelements mindestens zweimalig durchtrennt. Anschließend werden diese beiden Schritte wiederholt, indem jeweils, also je Wiederholungsvorgang, eine weitere Wickellagengruppe gebildet und zweimal durchtrennt wird.
Die Bildung von weiteren Wickellagengruppen und deren Durchtrennung wird so lange wiederholt, bis die gewünschte Gesamtwickeldicke erreicht ist.
Vorzugsweise kann das getrennte Wickelelement vor dem Aufwickeln der nächsten Wickellagengruppe am jeweiligen Wickelbasiselement verbleiben, so dass das getrennte Wickelelement bei der Bildung der weiteren Wickellagengruppen mit umwickelt wird.
Mit anderen Worten kann der Wickelprozess kurzzeitig unterbrochen werden, um die betreffende Wickellagengruppe zu durchtrennen, wobei das Band vorzugsweise gespannt bleibt. Nach der Ausführung des Trennschritts wird, wie zuvor weitergewickelt, wobei der Trennschnitt bzw. die Durchtrennung mit umwickelt wird. Erst nach Erreichen der Gesamtwickeldicke werden die getrennten Wickelelemente gemeinsam entfernt.
Dies hat den Vorteil, dass der Wickelprozess möglichst störungsfrei ablaufen kann und das Band stets gespannt bleibt. Nachjustierungen können entfallen.
In einer zweiten Variante wird das Band auf den Wickeldorn unter Bildung der Wickellagengruppen aufgewickelt wird, bis eine vorgebbare Gesamtwickeldicke des Bandwickels erreicht ist. Anschließend werden die Wickellagengruppen des Bandwickels zweimalig durchtrennt.
Das Durchtrennen kann hierbei stufenweise erfolgen, d. h. es kann zunächst die äußere Wickellagengruppe durchtrennt werden und nachfolgend jede weitere Wickellagengruppe, bis auch die erste, als innere, Wickellagengruppe durchtrennt ist. Die beim Durchtrennen gebildeten getrennten Wickelelemente werden vor dem Durchtrennen der nächsten Wickellagengruppe vom Wickelbasiselement dieser Wickellagengruppe entfernt, um die Zugänglichkeit für einen weiteren Schnitt der nächsten Wickellagengruppe zu schaffen.
Auch eine Kombination der beschriebenen Varianten ist möglich, d. h. die erste und die zweite Variante können sowohl bei der Herstellung eines einzigen Bandwickels miteinander kombiniert werden als auch bei der Herstellung von inneren und äußeren Bandwickeln.
Beispielsweise kann für die inneren Bandwickel vorgesehen sein, dass das Trennen erst nach der Fertigstellung des inneren Wickelkerns erfolgt. Für den äußeren Bandwickel wird der Wickelvorgang hingegen gemäß der ersten Variante nach dem Wickeln einer Wickellagengruppe unterbrochen und es erfolgen zwei Trennschnitte. Die dabei erhaltenen getrennten Wickelelemente des äußeren Bandwickels verbleiben am jeweiligen Wickelbasiselement und werden nachfolgend entsprechend eingewickelt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten kann der bzw. können die Bandwickel thermisch behandelt werden, bevor die getrennten Wickelelemente von den entsprechenden Wickelbasiselementen entfernt werden. Eine solche thermische Behandlung kann genutzt werden, um Wickellagen, beispielsweise mittels der aufgebrachten Beschichtung, z. B. des aufgebrachten Backlacks, zu verkleben. Dies kann zu einer Verbesserung der Permeabilität beitragen sowie die Fixierung des aus den Wickelbasiselementen gebildeten Wickelbasiskerns (E-Kern) und des aus den getrennten Wickelelementen gebildeten getrennten Wickelkerns an dem auf dem Wickeldorn befindlichen Halterahmenelementen bewirken.
Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten kann das Durchtrennen in einem Trennwinkel von 90° zu einer Ausdehnungsebene des Bandes erfolgen.
In diesem Fall entspricht die Schnittlänge der Dicke des Bandes. Dies hat den Vorteil, dass die Schnittlänge möglichst kurz und entsprechend die Schnittfläche möglichst klein ist. Dadurch wird der Magnetfluss nur wenig gestört.
Alle Wickellagengruppen können in derselben Schnittebene durchtrennt werden. Dies kann das anschließende Fügen der Wickelbasiselemente und abgetrennten Wickelelemente erleichtern.
Alternativ können die Wickellagengruppen in unterschiedlichen Schnittebenen, d. h. versetzt, durchtrennt werden. Hierbei kann die Anzahl der Schnittebenen der Anzahl der Wickellagengruppen entsprechen oder es können mehrere Wickellagengruppen in derselben Schnittebene durchtrennt werden. Durch die versetzte Anordnung der Schnittflächen wird der Magnetfluss besonders wenig gestört.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann das Durchtrennen in einem von 90 ° abweichenden Trennwinkel, beispielsweise einem Trennwinkel größer 90 ° oder kleiner 90 °, wie z. B. einem Trennwinkel von 45 °, zu einer Ausdehnungsebene des Bandes erfolgen. Beispielsweise kann eine Sägezahnstruktur ausgebildet werden.
Durch die dadurch entstehende seitliche Überlappung kann der Magnetfluss weiter verbessert werden.
Vorzugsweise kann das zweimalige Durchtrennen bei einem von 90 ° abweichenden Trennwinkel gegenwinklig erfolgen, d. h. der erste Trennwinkel kann z. B. +45 ° betragen und der zweite Trennwinkel entsprechend -45 °. Ein solche gegenwinkliges Durchtrennen kann das Fügen vereinfachen.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann das Band während des Wickelns an den Wickeldorn gedrückt werden, z. B. mittels Andrückrollen.
Dadurch kann die Spannung des Bands eingestellt werden, so dass ein gleichmäßig gewickelter Ringbandkern erhalten wird. Zudem können trotz Durchtrennung eine Wickellagengruppe die weiteren Wickellagengruppen besonders gleichmäßig gewickelt werden, da die Wicklung insgesamt durch das Drücken an den Wickeldorn stabilisiert wird.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann das Verfahren ein Aufnehmen mindestens einer Spule und Ablegen der Spule auf den Wickelbasiselementen, sowie optional ein Fixieren der Spule, aufweisen.
Anschließend können die Wickelbasiselemente mit den getrennten Wickelelementen formschlüssig zu einem geschlossenen Ring gefügt werden.
Auf diese Art und Weise können vorteilhaft ein Transformator oder eine Drossel ausgebildet werden.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann das Band ein nicht-amorphes Material aufweisen oder aus einem nicht-amorphen Material bestehen. Mit anderen Worten kann das Band ein nicht-amorphes Band sein.
Beispielsweise kann das Band eine Dicke von mindestens 0,18 mm aufweisen. Insbesondere können Bänder mit großer Breite, z. B. einer Bandbreite von bis zu 500 mm oder bis zu 600 mm, verwendet werden. Anders ausgedrückt ermöglicht das vorgeschlagene Verfahren das Wickeln breiter Bänder sowie die Fertigung von Transformatoren und Drosseln, die mit amorphen Materialien nicht herstellbar sind.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann das Verfahren ein Einlegen von Trennplättchen in den sich bildenden Bandwickel vorsehen.
Diese Trennplättchen ermöglichen vorteilhaft eine Begrenzung der Schnitttiefe beim Durchtrennen einer Wickellagengruppe, so dass eine Beschädigung der darunter liegenden Wickellagengruppe vermieden werden kann.
Je nach Banddicke kann jedoch auf die Trennplättchen verzichtet werden, nämlich dann, wenn die Banddicke derart groß ist, dass Abweichungen von einer voreingestellten Schnitttiefe nicht oder allenfalls zu einer vernachlässigbaren Beschädigung der darunter liegenden Wickellage führen.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann das Verfahren, vorzugsweise als letzten Verfahrensschritt, ein Anbringen eines den gesamten Ringbandkern umschließenden Spannbands oder einer Spannstruktur aufweisen.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann das Verfahren ein Einlegen von Trennplättchen in einen sich bildenden Bandwickel aufweisen.
Derartige Trennplättchen sollen, insbesondere bei sehr dünnen Banddicken von z. B. weniger als 0,15 mm, verhindern, dass bei einem Trennschnitt die darunter befindliche Materiallage angeschnitten wird. Das Trennplättchen kann dabei aus diversen Materialien bestehen, da es optional nach dem Trennschnitt entfernt werden kann. Ob in das Trennplättchen hineingeschnitten wird oder sich an der Trennstelle eine Freisparung im Trennplättchen befindet ist unerheblich. Das Trennplättchen kann vorteilhaft aus einem Permanentmagneten hergestellt sein, wodurch eine leichte Fixierung und auch eine leichte Entfernung nach dem Trennschnitt möglich ist. Bei einer permanentmagnetischen Ausführung sollte eine Freisparung vorgesehen sein.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Ringbandkern. Der Ringbandkern weist zwei innere Bandwickel mit Wickelbasiselementen und getrennten Wickelelementen und einen äußeren Bandwickel mit Wickelbasiselementen und getrennten Wickelelementen, welcher die zwei inneren Bandwickel umgibt, auf. Die Wickelbasiselemente und getrennten Wickelelementen sind formschlüssig zu einem geschlossenen Ring gefügt.
Der vorgeschlagenen Ringbandkern kann beispielsweise mittels eines Verfahrens gemäß vorstehender Beschreibung hergestellt werden. Die Beschreibung des Verfahrens trifft daher analog auch auf den Ringbandkern zu. Mit dem Ringbandkern sind die Vorteile des Herstellungsverfahrens entsprechend verbunden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Drossel oder einen Transformator mit einem Ringbandkern gemäß vorstehender Beschreibung. Die Vorteile des Ringbandkerns sind daher mit der Drossel bzw. dem Transformator entsprechend verbunden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines Bandwickels. Die Vorrichtung umfasst eine Bandzuführeinrichtung mit mindestens einer Bandspule zur Bereitstellung eines Bandes, eine Wickeleinrichtung mit einem Wickeldorn zum Aufwickeln des Bandes zu einem Bandwickel, und eine Trenneinrichtung zum zweimaligen Durchtrennen von Wickellagengruppen des Bandwickels zum Erhalt von Wickelbasiselementen und getrennten Wickelelementen.
Die vorgeschlagene Vorrichtung kann beispielsweise zur Ausführung des obenstehend erläuterten Verfahrens zum Herstellen eines Bandwickels geeignet sein. Daher dienen die obigen Ausführungen zur Erläuterung dieses Verfahrens auch zur Beschreibung der vorgeschlagenen Vorrichtung. Die Vorteile dieses Verfahrens sind mit der vorgeschlagenen Vorrichtung entsprechend verbunden.
Die Trenneinrichtung kann vorzugsweise als mechanische Trenneinrichtung, z. B. in Form einer Trennschleifscheibe oder eines Sägebands, ausgebildet sein.
Optional kann die Vorrichtung zur Herstellung eines Bandwickels beispielsweise eines oder mehrere der nachfolgend genannten Merkmale aufweisen:

ein oder mehrere Andrückrollen, ausgebildet zum Andrücken des Bandes während des Winkelns an den Wickeldorn;
eine Wickeleinrichtung mit zwei mit einem Abstand voneinander angeordneten, rotierend antreibbaren Wickeldornen zum Aufwickeln des Bandes, wobei die Wickeldorne wahlweise um je eine erste Drehachse rotierend oder um eine gemeinsame zweite Drehachse rotierend antreibbar sind, und wobei die Wickeldorne zur Einstellung ihres Abstands senkrecht zu den Drehachsen bewegbar sind,
zwei Bandzuführeinrichtungen mit jeweils mindestens einer Bandspule zur Bereitstellung eines Bandes,
eine Einlegeeinrichtung mit mindestens einem Manipulator zum Einlegen von Trennplättchen in einen sich bildenden Bandwickel,
eine Bandspanneinrichtung zur Einhaltung einer vorgebbaren Bandspannung,
eine Beschichtungseinrichtung zum Aufbringen einer Beschichtung auf das Band,
eine Spulenzuführeinrichtung mit einem Manipulator zum Aufnehmen und Ablegen von Spulen auf den Wickelbasiselementen, und/oder
eine Schließeinrichtung mit einem Manipulator zum formschlüssigen Fügen der Wickelbasiselemente mit den getrennten Wickelelementen zu einem geschlossenen Ring.

Optional können eine, mehrere oder alle Bandzuführeinrichtungen mindestens zwei Bandspulen zur Bereitstellung eines Bandes unterschiedlicher Breite umfassen. Weiter optional können eine, mehrere oder alle Bandzuführeinrichtungen je ein Mehrspulenmagazin aufweisen, an dem mindestens zwei Bandspulen austauschbar anbringbar sind.
Die Schließeinrichtung kann einen Manipulator zur Anbringung eines den gesamten Ringbandkern umschließenden Spannbands oder einer Spannstruktur umfassen.
Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren anhand bevorzugter Ausführungsformen erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils für sich genommen als auch in verschiedenen Kombinationen miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:

Fig. 1a bis 1d: einen schematischen Ablauf des Aufwickelns des Bandes in einer Ansicht von vorn,
Fig. 2a und 2b: den schematischen Ablauf des Aufwickelns des Bandes in einer Ansicht von oben,
Fig. 3: eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Herstellung einer ersten Wickellagengruppe eines inneren Bandwickels gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels;
Fig. 4: eine schematische Darstellung zur Erläuterung des zweifachen Durchtrennens der ersten Wickellagengruppe sowie der Herstellung von weiteren Wickellagengruppen;
Fig. 5: eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Herstellung eines äußeren Bandwickels;
Fig. 6: eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Trennung von Wickelbasiselementen und getrennten Wickelelementen;
Fig. 7: eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Spulenmontage;
Fig. 8: eine schematische Darstellung eines beispielhaften Transformators;
Fig. 9a bis 9c: schematische Darstellungen verschiedener Trennschnitte;
Fig. 10a bis 10k: schematische Darstellungen zur Erläuterung der Herstellung eines Ringbandkerns gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels; und
Fig. 11: ein Ablaufschema eines beispielhaften Verfahrens zum Herstellen eines Ringbandkerns.

Die Figuren sind nicht notwendigerweise detailgetreu und maßstabsgetreu und können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um einen besseren Überblick zu bieten. Daher sind hier offenbarte funktionale Einzelheiten nicht einschränkend zu verstehen, sondern lediglich als anschauliche Grundlage, die dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik Anleitung bietet, um die vorliegende Erfindung auf vielfältige Weise einzusetzen.
In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa "oben", "unten", "vorne", "hinten", "vorderes", "hinteres" usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figuren verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend.
Bezugnehmend auf die Fig. 1a bis 1d sowie 2a und 2b wird nachfolgend zunächst ein beispielhaftes allgemeines Wickelverfahren sowie eine zugehörige Vorrichtung 100 zum Herstellen eines Ringbandkerns 22 mit zwei inneren Bandwickeln 8 und einem äußeren Bandwickel 9 beschrieben. Die Besonderheiten des vorgeschlagenen Verfahrens 200 und der entsprechenden Vorrichtung 100 werden anschließend unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis Fig. 11 näher erläutert.
Die Darstellungen der Fig. 1a bis 1d zeigen in einer Ansicht von vorn eine Vorrichtung 100 zur Herstellung eines Ringbandkerns 22 mit zwei Bandspulen 3 zur Bereitstellung eines dünnen weichmagnetischen Bandes 1 und mit zwei rotierend antreibbaren Wickeldornen 5 zum Aufwickeln des Bandes 1 zu mehrlagigen Bandwickeln 8, 9, deren Abstand voneinander einstellbar ist, und mit zwei Beschichtungseinrichtungen 10 mit Düsen zum Aufbringen einer Beschichtung auf das Band 1. Die Wickeldorne 5 sind separat um jeweils eine erste Drehachse 6 oder gemeinsam um eine zweite Drehachse 7 rotierend antreibbar, wobei die ersten Drehachsen 6 und die zweite Drehachse 7 parallel zueinander ausgerichtet sind. Die Wickeldorne 5 haben im Querschnitt eine dem herzustellenden Transformator angepasste rechteckige Form, wobei in die Wickeldorne 5 bereits Rahmenelemente, z. B. ein oberes Halterahmenelement 14 und ein unteres Halterahmenelement 15, eines Halterahmens (siehe Fig. 3) eingefügt sein können. Ob die Bänder 1 als Einfachbänder oder als Mehrfachbänder verwendet werden, ist für das vorgeschlagene Verfahren unerheblich. Es beeinflusst lediglich die Produktivität der vorgeschlagenen Vorrichtung 100.
Die vorstehend beschriebenen oberen und unteren Halterahmenelemente sind Elemente, welche sich auf dem Wickeldorn befinden oder auf dem Wickeldorn angeordnet werden können und zur Fixierung der Wickellagen genutzt werden können. Hierzu können die Wickellagen vor Öffnung des Wickelkerns, d. h. dem Entfernen der getrennten Wickelelemente von den Wickelbasiselementen, an den Halteelementen fixiert werden. Dies bedeutet, dass nach Öffnung des Wickelkerns nur der Basiswickeldorn entfernt wird, die Halterahmenelemente jedoch am gewickelten Band verbleiben, z. B., um die Handhabung zu verbessern.
Wie in den Fig. 2a und 2b in einer Ansicht von oben dargestellt, weist die Bandzuführeinrichtung 23 für jeden Wickeldorn 5 nicht nur eine einzelne Bandspule 3 auf, sondern je ein Mehrspulenmagazin 4, an dem vier Bandspulen 3 mit Band 1 unterschiedlicher Breite austauschbar anbringbar sind. Dadurch können die ersten bzw. inneren Bandwickel 8 auf den Wickeldornen 5 aus bis zu vier unterschiedlich breiten Bändern 1 mit von innen nach außen zunehmender Breite gebildet werden, indem nach einer bestimmten Anzahl von Lagen eines Bandes 1 bestimmter Breite das Mehrspulenmagazin 4 so umgestellt wird, dass anschließend mit einem Band 1 größerer Breite weitergewickelt wird. Das Aufwickeln wird mit dem schmalsten Band 1 begonnen. Wenn die gewünschte Dicke dieses Bandes 1 erreicht ist, wird die Wicklung unterbrochen, das Band 1 getrennt und das nächstbreitere Band 1 an das schmale Band 1 angekoppelt, z. B. mit doppelseitigem Klebeband, und dann der Wickelvorgang fortgesetzt.
Nach dem Erreichen der gewünschten Dicke der zweiten Bandbreite wird analog mit der dritten und vierten Bandbreite verfahren. Bei der letzten (breitesten) Bandbreite wird jedoch nur bis zur halben gewünschten Dicke gewickelt. Das Aufwickeln des Bandes 1 auf die Wickeldorne 5 durch Rotation um die jeweilige erste Drehachse 6 mit der Drehrichtung 17 ist in Fig. 1b und Fig. 2a dargestellt.
Anschließend wird der Wickelvorgang gestoppt und die Wickeldorne 5 werden in einer Ebene senkrecht zu den Drehachsen 6, 7 aufeinander zu bewegt (siehe Pfeile in Fig. 1c), bis die inneren Bandwickel 8 einander berühren (dargestellt in Fig. 1c und Fig. 2b). Nun erfolgt das Abwickeln von beiden Bandzuführeinrichtungen gleichzeitig auf die beiden bisher erzeugten ersten Bandwickel 8, indem die beiden Wickeldorne 5 gemeinsam um die zwischen ihnen angeordnete zweite Drehachse 7 rotierend angetrieben werden, so dass ein die beiden ersten Bandwickel 8 umschließender zweiter bzw. äußerer Bandwickel 9 entsteht (dargestellt in Fig. 1d und Fig. 2b).
Die Bandbreite wird dabei jeweils nach Erreichen der gewünschten Dicke um eine Stufe reduziert. Dadurch wird insgesamt eine ovalisierte Kernquerschnittsgeometrie erzielt.
Falls ein Beschichten des Bandes 1 mit einer Beschichtung gewünscht ist, kann diese während des Wickelvorgangs mittels der Beschichtungseinrichtung 10 kontinuierlich aufgetragen werden. In diesem Fall sollte allerdings kein mehrlagiges Band 1 verwendet werden.
Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung 100 zur Herstellung eines Bandwickels 8, 9. Analog wie zu den Fig. 1 und 2 beschrieben, wird ein weichmagnetisches Band 1 gewickelt, welches in Form eines Coils (nicht dargestellt) bereitgestellt wird. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein Band 1 aus einem nicht-amorphen Material mit einer Banddicke von min. 0,18 mm. Das Band 1 wird vom Coil kommend in der Transportrichtung 2 zu einer Beschichtungseinrichtung 10 transportiert und von dieser einseitig mit einem Backlack beschichtet. Diese Beschichtung dient der elektrischen Isolation sowie dem Verkleben der einzelnen Wickellagen nach thermischer Aktivierung des Backlacks. Die thermische Aktivierung erfolgt nach Abschluss der Wickel- und Trennvorgänge vor der Öffnung des Wickelkerns.
Über eine optionale Umlenkrolle 24 wird das Band 1 zum Wickeldorn 5 mit dem oberen Halterahmenelement 14 und dem unteren Halterahmenelement 15 geführt und auf diesem aufgewickelt, indem der Wickeldorn 5 um seine erste Drehachse 6 in Drehrichtung 17 gedreht wird. Es ist eine Mehrzahl von elastisch federnden Andrückrollen 16 vorgesehen, die das Band 1 während des Wickelns gegen den Wickeldorn drücken (siehe den Andrückrollen zugeordnete Pfeile in Fig. 3). Durch Wickeln mehrerer Wickellagen wird eine erste Wickellagengruppe 25 gebildet.
Nach Bildung der ersten Wickellagengruppe 25 mit einer vorgebbaren Anzahl an Wickellagen wird der Wickelvorgang unterbrochen, d. h. die Drehbewegung des Wickeldorns 5 wird gestoppt.
Nun werden mittels einer Trenneinrichtung, z. B. einer Trennschleifscheibe, zwei Trennschnitte 12 durchgeführt, die die erste Wickellagengruppe 25 in ein Wickelbasiselement 18 und ein getrenntes Wickelelement 19 teilen. Die Trennschnitte werden dabei derart platziert, dass ein Wickelbasiselement 18 mit Schenkeln 20 (siehe Fig. 6) erhalten wird, die eine Spule 13 aufnehmen können.
Nach der Durchführung der beiden Trennschnitte verbleibt das getrennte Wickelelement 19 am Wickelbasiselement 18. Der Wickelvorgang wird, wie in Fig. 4 gezeigt, fortgesetzt, indem der Wickeldorn 5 erneut in Rotation versetzt wird. Hierbei wird eine weitere Wickellagengruppe 26 mit mehreren Wickellagen ausgebildet, die anschließend ebenfalls mittels zwei Trennschnitten in ein Wickelbasiselement 18 und ein getrenntes Wickelelement 19 geteilt wird. Wie in Fig. 4 dargestellt, können die Trennschnitte 12 zueinander geringfügig versetzt ausgeführt werden. Zu weiteren Details möglicher Trennschnitte 12 wird auf die Fig. 9a bis 9c und die zugehörige Beschreibung verwiesen.
Die Schritte des Wickelns und zweifachen Trennens werden anschließend wiederholt, bis die gewünschte Anzahl an Wickellagengruppen 25, 26 für den inneren Bandwickel 8 erreicht ist. Insgesamt werden zwei innere Bandwickel 8 nach dem beschriebenen Verfahren hergestellt, z. B. mittels einer Vorrichtung 100 wie in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigt.
Anschließend wird, wie in Fig. 5 gezeigt, ein äußerer Bandwickel 9, erzeugt. Hierzu werden die beiden inneren Bandwickel 8 zusammengeführt, bis diese einander berühren. Die im Kontaktbereich befindlichen Andrückrollen 16 werden hierzu vorher entfernt. Anschließend wird das Band auf die inneren Bandwickel 8 aufgewickelt, um eine erste Wickellagengruppe 25 des äußeren Bandwickels 9 zu erhalten. Zu weiteren Details wird auf die Beschreibung zu den Fig. 1c, 1d sowie 2b verwiesen.
Auch bei der Herstellung des äußeren Bandwickels 9 wird der Wickelprozess nach Erhalt der ersten Wickellagengruppe 25 gestoppt, um die erste Wickellagengruppen 25 zweimalig durchtrennen zu können. Anschließend werden weitere Wickellagengruppen 26 gewickelt und ebenfalls jeweils zweimalig durchtrennt, bis die gewünschte Gesamtwickeldicke erreicht ist und ein gebundener Doppelwickel erhalten wird.
Nach Abschluss des Wickelvorgangs werden alle getrennten Wickelelemente 19, also die getrennten Wickelelemente der beiden inneren Bandwickel 8 sowie die getrennten Wickelelemente des äußeren Bandwickels 9, gemeinsam von den entsprechenden Wickelbasiselementen 18 abgetrennt, indem die Verbindung an den Trennschnitten gelöst wird. Hierbei verbleiben die Wickelbasiselemente 18 am oberen Halterahmenelement 14 und bilden ein E-förmiges Element, welches die drei Schenkel 20 des Ringbandkerns 22 umfasst. Die getrennten Wickelelemente 19 verbleiben am unteren Halterahmenelement 15 und bilden das Joch 21 des Ringbandkerns 22 (siehe Fig. 6). Mit anderen Worten wird der Kern geöffnet, um eine Spulenaufnahme zu ermöglichen, wie nachfolgend näher erläutert.
Wie in Fig. 7 gezeigt, werden anschließend Spulen 13 auf die Schenkel 20 der Wickelbasiselemente 18 aufgeschoben bzw. stehen die Spulen 13 positioniert bereit und die Schenkel 20 der Wickelbasiselemente 18 werden in die Spulen 13 abgelassen.
Anschließend werden die Wickelungen wieder geschlossen, indem die Wickelbasiselemente 18 mit den entsprechenden getrennten Wickelelementen 19 formschlüssig gefügt werden, wobei ein geschlossener Ring und damit der Ringbandkern 22 als geschlossener Transformatorkern mit Spulen entsteht, also ein Transformator 300 gebildet ist (siehe Fig. 8). Auf analoge Art und Weise können ein geschlossener Drosselkern sowie eine Drossel hergestellt werden.
Zur Unterstützung des Füge- bzw. Schließvorganges kann ein Spannband um den fertig gewickelten Trafokern gelegt werden, das bereits in dem oberen Halterahmen 14 mit fixiert worden sein kann.
In den Fig. 9a bis 9c sind verschiedene beispielhafte Trennschnitte gezeigt, mit denen Wickelbasiselemente 18 und getrennte Wickelelemente 19 voneinander getrennt werden können. Die gezeigten Ausführungsvarianten können beliebig miteinander kombiniert werden, um die beiden Trennschnitte je Wickellagengruppe 25, 26 zu erzeugen.
Fig. 9a zeigt eine Ausführungsform, bei der das Durchtrennen je Wickellagengruppe 25, 26 in einem von 90 ° abweichenden Trennwinkel α in Bezug zu einer Ausdehnungsebene 27 des Bandes 1, nämlich in einem 45 ° - Winkel, erfolgt. D. h. die Schnittebene 28 und die Ausdehnungsebene 27 schließen einen Trennwinkel α von 45 ° ein. Die Schnittebenen 28 sind hierbei versetzt zueinander, vorzugsweise mit einem gleichbleibenden Abstand, so dass die in Fig. 9a gezeigte Sägezahnstruktur resultiert.
Fig. 9b zeigt eine Ausführungsform, bei der das Durchtrennen je Wickellagengruppe 25, 26 mit einem Trennwinkel α von 90 ° in Bezug zu einer Ausdehnungsebene 27 des Bandes 1 erfolgt. D. h. die Schnittebene 28 und die Ausdehnungsebene 27 schließen einen Trennwinkel α von 90 ° ein. Die Schnittebenen 28 der einzelnen Wickellagengruppen 25, 26 unterscheiden sich hierbei, so dass die in Fig. 9b gezeigte Stufenstruktur erhalten wird.
Fig. 9c zeigt eine Ausführungsform, bei der das Durchtrennen je Wickellagengruppe 25, 26 ebenfalls mit einem Trennwinkel α von 90 ° in Bezug zu einer Ausdehnungsebene 27 des Bandes 1 erfolgt. D. h. die Schnittebene 28 und die Ausdehnungsebene 27 schließen einen Trennwinkel α von 90 ° ein. Die Schnittebenen 28 der einzelnen Wickellagengruppen 25, 26 ist hierbei identisch, so dass die in Fig. 9b gezeigte stufenlose Struktur erhalten wird.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 10a bis 10k wird nachfolgend ein alternatives Verfahren 200 zum Herstellen eines Bandwickels 8, 9 erläutert. Dieses Verfahren 200 sieht vor, dass die beiden inneren Bandwickel 8 sowie der äußere Bandwickel 9 separat voneinander gefertigt werden.
Zur Herstellung eines inneren Bandwickels 8 wird zunächst eine erste Wickellagengruppe 25 gewickelt. Für den später erforderlichen Trennvorgang wird beim Aufwickeln des Bandes 1 nach Fertigstellung der ersten Wickellagengruppe 25 im Bereich der späteren getrennten Wickelelemente 19 eine Trennisolierung 11 eingefügt. Diese Trennisolierung soll ein Verkleben der einzelnen getrennten Wickelelemente 19 verhindern, indem die Klebwirkung der zuvor aufgebrachten Beschichtung verhindert wird. Anschließend werden alle weiteren Wickellagengruppen 26 gewickelt, wobei nach jeder Wickellagengruppe 26 jeweils wiederum eine Trennisolierung 11 eingefügt wird. Nach Abschluss dieses Vorgangs, d. h. Erreichen der gewünschten Gesamtwickeldicke, wird der in Fig. 10a dargestellte Bandwickel 8 erhalten.
Wie in Fig. 10b gezeigt, werden anschließend zwei Trennschnitte 12 gesetzt, die die äußere Wickellagengruppe 26 in ein Wickelbasiselement 18 und ein getrenntes Wickelelement 19 trennen. Das getrennte Wickelelement 19 wird anschließend vom Wickelbasiselement 18 entfernt (Fig. 10c). Dieser Vorgang wird für alle weiteren Wickellagenelemente 25, 26 wiederholt, wie in den Fig. 10d bis 10i dargestellt ist. Nach Abschluss dieses Vorgangs wird, wie in Fig. 10j dargestellt, eine Mehrzahl von Wickelbasiselementen 18 und eine Mehrzahl von getrennten Wickelelementen 19 für einen inneren Bandwickel 8 erhalten.
In analoger Art und Weise wird der äußere Bandwickel 9 hergestellte, der beispielhaft in Fig. 10k dargestellt ist. Im Übrigen erfolgt das Herstellen der Bandwickel 8, 9 wie zum ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Die erhaltenen Wickelbasiselemente 18 und getrennten Wickelelemente 19 der Bandwickel 8, 9 können anschließend zusammengesetzt werden. Anschließend werden, wie zu Fig. 7 beschrieben, Spulen 13 angeordnet. Danach werden die Wickelbasiselemente 18 und getrennten Wickelelemente 19 formschlüssig miteinander verbunden, wie zu Fig. 8 beschrieben.
Es ist auch eine Kombination der beiden beschriebenen Verfahren 200 möglich, d. h. die inneren Bandwickel 8 können beispielsweise wie zu den Fig. 10a bis 10j beschrieben hergestellt werden, während der äußere Bandwickel 9 wie zu den Fig. 3 und 4 beschrieben gefertigt wird.
Fig. 11 zeigt ein Ablaufschema eines beispielhaften Verfahrens 200 zur Fertigung eines Ringbandkerns 22. In einem ersten Verfahrensschritt S1 wird ein weichmagnetisches Band 1 bereitgestellt. Dieses Band 1 wird im Verfahrensschritt S2 auf einen Wickeldorn 5 aufgewickelt, um eine erste Wickellagengruppe 25 eines inneren Bandwickels 8 auszubilden. Anschließend wird diese erste Wickellagengruppe 25 im Verfahrensschritt S3 zweimalig durchtrennt. Die Verfahrensschritte S2 und S3 werden so lange wiederholt, bis die gewünschte Anzahl an Wickellagengruppen 25, 26 des Bandwickels 8 erreicht ist.
Außerdem werden die Verfahrensschritte S1 bis S3 zweifach durchgeführt, um zwei innere Bandwickel 8 zu erzeugen. Vorzugsweise können beide innere Bandwickel 8 gleichzeitig erzeugt werden.
Anschließend wird das Verfahren 200 mit dem Verfahrensschritt S4 fortgesetzt. Im Verfahrensschritt S4 werden die beiden inneren Bandwickel 8 zusammengeführt, bis diese einander berühren. Im Verfahrensschritt S5 wird das Band 1 auf die beiden inneren Bandwickel 8 gewickelt, um eine erste Wickellagengruppe 25 eines äußeren Bandwickels 9 zu erhalten. Im Verfahrensschritt S6 wird die erste Wickellagengruppe 25 des äußeren Bandwickels 9 zweifach getrennt. Die Verfahrensschritte S5 und S6 werden so lange wiederholt, bis die gewünschte Anzahl an Wickellagengruppen 25, 26 des Bandwickels 8 erreicht ist.
Vorzugsweise verbleiben die getrennten Wickelelemente 19 an den zugehörigen Wickelbasiselementen 18, bis die Gesamtwickeldicke erreicht ist, und werden erst danach voneinander getrennt, um den Bandwickel 8, 9 zu öffnen. Alternativ können die getrennten Wickelelemente 19 direkt nach dem zweimaligen Durchtrennen von den zugehörigen Wickelbasiselementen 18 entfernt werden.
Im Verfahrensschritt S7 werden ein oder mehrere Spulen 13 auf den Wickelbasiselementen 18 aufgenommen und abgelegt. Im Verfahrensschritt S8 werden anschließend die Wickelbasiselemente 18 mit den getrennten Wickelelementen 19 zu einem geschlossenen Ring formschlüssig gefügt.
Weitere beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung können wie folgt beschrieben werden:
Die Erfindung kann dadurch gekennzeichnet sein, dass zwei identische innere Wickelkerne und ein äußerer Wickelkern, welcher größer ist und die beiden inneren Wickelkern geometrisch umschließt, hergestellt werden. Um eine ovalisierte Kernform zu ermöglichen, kann das Wickeln der inneren Kerne mit einem schmalen Blechband begonnen werden. Die Blechbandbreite kann in gleichen oder unterschiedlichen Stufen bis zur max. gewünschten Breite verändert werden. Während der Erzeugung des Wickels kann das Blechband mit einem Isolationskleber bzw. Isolationslack beschichtet werden. Diese Form der Beschichtung kann auch im Vorfeld mit einem sogenannten Backlack, welcher nach dem Herstellen des Wickels thermisch aktiviert wird, erfolgen. Die Erfindung kann weiterhin dadurch gekennzeichnet sein, dass in bestimmten Abständen doppelte Isolierpapiere oder andere Materialien eingelegt werden, welche eine partielle Unterbrechung der Verklebung sicherstellen.
Bei der Herstellung des äußeren Wickels kann beim Wickeln mit der max. Blechbreite begonnen werden und dann gestuft bis zur minimalen Blechbereite analog verfahren werden. Auch hier können beim Wickeln partielle Trennisolierungen zur Unterbrechung der Verklebung eingebracht werden. Die so erzeugten Blechwickel werden dann durch zwei seitliche Trennschnitte stufenweise aufgeschnitten. Das Schneiden kann dabei unter einem Winkel abweichend von 90° (vorzugsweise 45°) und nur in einer definierten Tiefe, in welcher auch die Trennisolierungen eingebracht wurden, erfolgen. Durch mehrfaches beidseitiges Schneiden wird an der Trennstelle eine Sägezahnstruktur erzeugt. Die abgetrennten Wickelstücke werden analog Ihrer vorhergehenden Lage wieder separat gefügt.
Die Stücke der Inneren Wickel werden dabei in das ebenfalls abgetrennte Unterteil des äußeren Wickels abgelegt. Der so erzeugte Balken (Joch) stellt den Verschluss des Trafokerns dar. Die oberen Wickelstücke werden ebenfalls so gefügt, dass das äußere Wickelstück die inneren Wickelstücke umschließt und sich eine "E" Form ausbildet. Über die Schenkel des "E" werden Spulen des Transformators geschoben und das "E" mit dem unteren Joch geschlossen. Die Fixierung der Einzelelemente erfolgt durch Nutzung eines Halterahmens analog dem Stand der Technik. Bedingt durch das schrittweise Trennen der einzelnen Wickel unter einem Winkel (größer bzw. kleiner 90° - vorzugsweise 45°) wird eine Sägezahnstruktur, ähnlich der Überlappung bei der klassischen Transformatorenkernherstellung erreicht, welche einen besseren Magnetfluss ermöglicht.
Weiterhin ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass durch diese Struktur der Magnetfluss nur noch an drei Stellen (je zweimal im Magnetflusskreis) unterbrochen ist, wodurch ebenfalls die Permeabilität bzw. der Magnetfluss verbessert wird.
Ein erweitertes Wickel- und Trennprinzip kann vorsehen:

Wickeln einer definierten Stärke, z. B. ca. 5-30 mm
Klemmen des Materialbandes durch Andrücken über Rollen
Stopp der Rotation
Einseitiges Einschneiden, dabei bleibt das Materialband gespannt
Wicklung über die geschnittene Stelle
Stopp der Rotation
Gegenüberliegende Schnittstelle einschneiden, dabei bleibt das Materialband gespannt
Wicklung über die zweite Schnittstelle
Wickeln einer definierten Stärke
Wiederholung der Struktur des Trennens
Wicklung von zwei inneren Kernringen einschl. Schnitten
Zusammenfahren der zwei inneren Wickel
Weiterwickeln des äußeren Wickels in analoger Weise
Verklebung der Bandlagen im Prozess
Fixieren des Doppel-U-Winkels über den oberen / unteren Halterahmen
Abtrennung der unteren Wickelelemente einschl. unterem Halterahmen
Aufstecken der Spulen
Fügen des unteren Halterahmens

Bezugszeichenliste

1: Band
2: Transportrichtung
3: Bandspule
4: Mehrspulenmagazin
5: Wickeldorn
6: erste Drehachse
7: zweite Drehachse
8: innerer Bandwickel
9: äußerer Bandwickel
10: Beschichtungseinrichtung
11: Trennisolierung
12: Trennschnitte
13: Spule
14: oberes Halterahmenelement
15: unteres Halterahmenelement
16: Andrückrolle
17: Drehrichtung
18: Wickelbasiselement
19: getrenntes Wickelelement
20: Schenkel
21: Joch
22: Ringbandkern
23: Bandzuführeinrichtung
24: Umlenkrolle
25: erste Wickellagengruppe
26: weitere Wickellagengruppe
27: Ausdehnungsebene
28: Schnittebene

100: Vorrichtung
200: Verfahren
300: Transformator
α: Trennwinkel

S1: Bereitstellen eines Bandes
S2: Aufwickeln des Bandes auf einen Wickeldorn zur Bildung einer ersten Wickellagengruppe eines inneren Bandwickels
S3: zweimaliges Durchtrennen der ersten Wickellagengruppe des inneren Bandwickels zum Erhalt eines Wickelbasiselements und eines getrennten Wickelelements
S4: Zusammenführen der zwei inneren Bandwickel, bis diese einander berühren
S5: Aufwickeln des Bandes auf die inneren Bandwickel zur Bildung einer ersten Wickellagengruppe eines äußeren Bandwickels
S6: zweimaliges Durchtrennen der ersten Wickellagengruppe des äußeren Bandwickels zum Erhalt eines Wickelbasiselements und eines getrennten Wickelelements
S7: Aufnehmen einer Spule und Ablegen der Spule auf den Wickelbasiselementen
S8: formschlüssiges Fügen der Wickelbasiselemente mit den getrennten Wickelelementen zu einem geschlossenen Ring

Claims

Verfahren (200) zum Herstellen eines Bandwickels (8, 9), das Verfahren (100) aufweisend:
- Bereitstellen eines Bandes (1) (S1),

- Aufwickeln des Bandes (1) auf einen Wickeldorn (5) unter Bildung von Wickellagengruppen (25, 26) des Bandwickels (8, 9) (S2, S5), und

- zweimaliges Durchtrennen der Wickellagengruppen (25, 26) zum Erhalt von Wickelbasiselementen (18) und getrennten Wickelelementen (19) (S3, S6).
Verfahren (200) nach Anspruch 1, aufweisend:
- Herstellen von zwei inneren Bandwickeln (8) gemäß einem Verfahren (100) nach Anspruch 1,

- Zusammenführen der zwei inneren Bandwickel (8), bis diese einander berühren (S4),

- Aufwickeln des Bandes (1) auf die inneren Bandwickel (8) zur Bildung von Wickellagengruppen (25, 26) eines äußeren Bandwickels (9) (S5), und

- zweimaliges Durchtrennen der Wickellagengruppen (25, 26) des äußeren Bandwickels (9) zum Erhalt von Wickelbasiselementen (18) und getrennten Wickelelementen (19) (S6).
Verfahren (200) nach Anspruch 1 oder 2, wobei
(i) das Band (1) auf den Wickeldorn (5) zur Bildung einer ersten Wickellagengruppe (25) des Bandwickels (8, 9) (S2) aufgewickelt wird,

(ii) die erste Wickellagengruppe (25) zum Erhalt eines Wickelbasiselements (18) und eines getrennten Wickelelements (19) (S3) zweimalig durchtrennt wird, und

(iii) die Schritte (i) und (ii) wiederholt werden, indem jeweils eine weitere Wickellagengruppe (26) gebildet und zweimal durchtrennt wird, bis eine vorgebbare Gesamtwickeldicke des Bandwickels (8, 9) erreicht ist.
Verfahren (200) nach Anspruch 3, wobei das getrennte Wickelelement (19) bei der Wiederholung des Schritts (i) am jeweiligen Wickelbasiselement (18) verbleibt und bei der Bildung der weiteren Wickellagengruppen (26) mit umwickelt wird.
Verfahren (200) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Band (1) auf den Wickeldorn (5) unter Bildung der Wickellagengruppen (25, 26) aufgewickelt wird, bis eine vorgebbare Gesamtwickeldicke des Bandwickels (8, 9) erreicht ist, und anschließend die Wickellagengruppen (25, 26) des Bandwickels (8, 9) zweimalig durchtrennt werden.
Verfahren (200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Durchtrennen in einem Trennwinkel α von 90 ° zu einer Ausdehnungsebene (27) des Bandes (1) erfolgt.
Verfahren (200) nach Anspruch 6, wobei alle Wickellagengruppen (25, 26) eines Bandwickels (8, 9) in derselben Schnittebene (28) oder in unterschiedlichen Schnittebenen (28) durchtrennt werden.
Verfahren (200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Durchtrennen in einem von 90 ° abweichenden Trennwinkel α, beispielsweise einem Trennwinkel α von 45 °, zu einer Ausdehnungsebene (27) des Bandes (1) erfolgt.
Verfahren (200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Band (1) während des Wickelns an den Wickeldorn (5) gedrückt wird
Verfahren (200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, aufweisend
- Aufnehmen mindestens einer Spule (13) und Ablegen der Spule (13) auf den Wickelbasiselementen (18) (S7).
Verfahren (200) nach Anspruch 10, aufweisend
- formschlüssiges Fügen der Wickelbasiselemente (18) mit den getrennten Wickelelementen (19) zu einem geschlossenen Ring (S8).
Verfahren (200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Band (1) ein nicht-amorphes Material aufweist.
Ringbandkern (22) aufweisend:
- zwei innere Bandwickel (8) mit Wickelbasiselementen (18) und getrennten Wickelelementen (19), und

- einen äußeren Bandwickel (9) mit Wickelbasiselementen (18) und getrennten Wickelelementen (19), welcher die zwei inneren Bandwickel (8) umgibt,
wobei die Wickelbasiselemente (18) und getrennten Wickelelemente (19) formschlüssig zu einem geschlossenen Ring gefügt sind.
Drossel oder Transformator (300) mit einem Ringbandkern (22) nach Anspruch 13.
Vorrichtung (100) zur Herstellung eines Bandwickels (8, 9), umfassend
- eine Bandzuführeinrichtung (23) mit mindestens einer Bandspule (3) zur Bereitstellung eines Bandes (1),

- eine Wickeleinrichtung mit einem Wickeldorn (5), ausgebildet zum Aufwickeln des Bandes (1) zu einem Bandwickel (8, 9), und

- eine Trenneinrichtung, ausgebildet zum zweimaligen Durchtrennen von Wickellagengruppen (25, 26) des Bandwickels (8, 9) zum Erhalt von Wickelbasiselementen (18) und getrennten Wickelelementen (19).