Zum Thema:
Höchsteffiziente elektrische Maschinen, wie Energiesparmaschinen und höchstdynamische Antriebe, nach dem Luftspulenprinzip

(aus der Internetseite: http://www.sternen-motoren.de)



Erstes Herstellungsverfahren für Wicklungen nach dem Luftspulenprinzip

(Auszug aus der 8. Deutschen Patentanmeldung DE 10 2004 034 611)

Inhaltsverzeichnis:

1. Beschreibung des Herstellungsverfahrens
2. Figuren
3.Teilenummern (Extra Fenster)

1. Beschreibung des Herstellungsverfahrens

Eine erste Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, ist in Fig.1-49,112 dargestellt und wird erreicht für eine Einzelspule durch die Wicklung auf einen Wickelkörper und/oder Wickeldorn mit anschließender Biegung und/oder Faltung der Spule, mit ihren im späteren Umfangsbereich der Spule verbundenen Spulenschenkeln, in der späteren Bewegungsrichtung (des Rotors) der Maschine zu einer in Wickelachsrichtung gesehen allgemeinen U- oder V-förmigen Spule mit zwei sich der Achse oder Welle annähernden U- oder V-förmigen Spulenbereichen.
Der Vorteil liegt hier darin, dass die Spule zunächst auf einfache Weise, ähnlich der herkömmlichen Wicklung, in einer Ebene gewickelt werden kann und bei der Faltung, auch wenn keine vorbeugenden Maßnahmen getroffen wurden, die Spulen sich nur im Umfangsbereich sichtbar gegeneinander verschieben. Im achsnahen Bereich bleibt das Spulenbündel in seiner kompakten Form erhalten. Damit ist das zweite Problem der Aufgabenstellung gelöst und zudem eine Herstellungsmethode mit einer einfachen Wickelmethode gefunden.

Zu dem Hauptanspruch und in den Nebenansprüchen erfundenen Herstellungsverfahren sind die wichtigsten Weiterbildungen in den Unteransprüchen beschrieben, so wie hier in ausführlicher Weise.

Eine Weiterbildung der ersten (erste Grundvariante), zweiten, dritten und vierten Lösung der Aufgabe, wie in Fig.1,2, 5,6 dargestellt, ist im Patentanspruch 7 angegeben und besteht darin, dass in Wickelachsrichtung benachbarte Spulenlagen im späteren Umfangsbereich versetzt zueinander liegen und von Windung zu Windung eine längere Windungslänge aufweisen, wobei diese Verlängerung die unterschiedlichen Biegeradien bei der Biegung oder Faltung ausgleicht, so dass im Umfangsbereich nach der Faltung Fig.5 ein möglichst kompaktes Spulenbündel entsteht, welches im wesentlichen einen gleichmäßigen Abstand zur Rotationsachse der Maschine und/oder zum inneren magnetischen Körper hat.
Der Vorteil dieser Weiterbildung ist im Zusammenhang mit der ersten, zweiten, dritten und vierten Lösung der Aufgabe, dass die Spule im Umfangsbereich nach der Faltung ein gleichmäßiges Spulenbündel aufweist, da die unterschiedlichen Windungslängen vor der Faltung bei der Wicklung berücksichtigt wurden. Damit ist das erste Problem der Faltung in der Aufgabenstellung gelöst.

Bei einer Weiterbildung der ersten (erste Grundvariante), zweiten, dritten, vierten Lösung der Aufgabe, im Patentanspruch 55 angegeben, ist in Fig.1a-1d, Fig.50a-d teilweise gezeigt und ist der Kern des Wickelkörpers nicht wie in Fig.1,13,20,27,37,40,43,46 angegeben ein Körper mit einer schmalen und rechteckigen Querschnittsfläche, sondern hat eine rechteckige, sechseckige, runde, ovale, ellipsenförmige, rautenförmige Querschnittsfläche.
Der Vorteil ist, dass dadurch Herstellungsmethoden für die Spulen der in EP99 08683 angegebenen Konstruktionsformen, wie Trommelwicklungen, kugelförmige, doppelkegelförmige oder ellipsenförmige Wicklungen mit beidseitiger U- oder V-förmiger Achsannäherung realisiert werden.
Die Variation des Grundkörpers um die die Spule oder Wicklung gewickelt oder gefaltet wird, gilt auch für die Herstellungsverfahren der fünften bis zwölften Lösung der Aufgabe, so dass nicht nur Doppel-Scheibenwicklungen, die hier vorwiegend beispielhaft gezeigt werden, mit den erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren realisiert werden könne, sondern auch: Trommel-Scheibenwicklungen, das sind Trommelwicklungen mit sich, im Schnitt längs der Achse gesehen, an die Achse oder Welle rechtwinklig annähernden Wicklungsteilen, und
Trommel-Kegelwicklungen, das sind Trommelwicklungen mit sich, im Schnitt längs der Achse gesehen, schräg an die Achse oder Welle annähernden Wicklungsteilen, und
Doppel-Kegelstumpfwicklungen, das sind Wicklungen die sich, im Schnitt längs der Achse gesehen, beidseitig vom Umfangsbereich schräg der Achse oder Welle annähernden, und
Glocken-Scheibenwicklungen, das sind Trommelwicklungen, im Schnitt längs der Achse gesehen, mit sich einseitig an die Achse oder Welle rechtwinklig annähernden Wicklungsteilen, und
Glocken-Kegelwicklungen, das sind Trommelwicklungen, im Schnitt längs der Achse gesehen, mit sich einseitig an die Achse oder Welle schräg annähernden Wicklungsteilen, und
Kugelwicklungen, das sind Wicklungen die sich, im Schnitt längs der Achse gesehen, beidseitig vom Umfangsbereich kreisförmig der Achse oder Welle annähernden, und
Ellipsenwicklungen, das sind Wicklungen die sich, im Schnitt längs der Achse gesehen, beidseitig vom Umfangsbereich elliptisch der Achse oder Welle annähernden und diese Wicklungen haben entweder scheiben- oder trommelförmiges Aussehen.

Eine zweite Weiterbildung der ersten (erste Grundvariante) und zweiten Lösung der Aufgabe, ist im Patentanspruch 14 angegeben und wird in den Figuren 6 bis 12 (34-36,54,70-71,79-84) gezeigt. Sie bezieht sich auf den Vorgang der Bewicklung des Wickelkörpers. Die Figuren 6-12 zeigen den Wickelraum (Spulenaufnahmebereich) des Wickelkörpers im Querschnitt gesehen einmal für die späteren achsnahen Bereiche (in den Figuren unten) und einmal für den späteren Umfangsbereich der Spule (in den Figuren oben). Hier sind verschiedene Bewicklungsstrategien angegeben, die eine mehr oder weniger geordnete Wicklung mit unterschiedlichem Kupferfüllfaktor ermöglichen und bei denen wie in Fig.6b-12b gezeigt vorzugsweise der Spulenanfang A' und das Spulenende A'' auf einer Seite, der Außenseite, der späteren Spule liegen, welches ein unnötiges Queren des gesamten Spulenbündels durch das Spulenende A'' vermeidet.
Eine Weiterbildung diesbezüglich ist im Patentanspruch 15 angegeben und in Fig.6-12 gezeigt.
Eine andere Weiterbildung diesbezüglich ist im Patentanspruch 26 angegeben und in Fig.34-36,60-1,70-80 gezeigt.

Die Wicklung der Fig.6,7,8,9,11,12 benötigt dabei zur Leiterführung Schiebe und/oder Haltevorrichtungen, ähnlich wie sie in Fig.3,14,21,47,51,52,53,54 angegeben sind.

In den Figuren 6-9 werden die Windungen in Spalten gewickelt, wobei die Windungen exakt übereinander in Spalten liegen. Dies hat den Vorteil, dass die Breite des Spulenbündels in Faltrichtung bei der Faltung unverändert bleibt, da die Windungen der Spalten leicht aneinander vorbei gleiten können.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der zweiten Weiterbildung der ersten Grundvariante ist, die Spulen der Fig.7,8,9 jeweils als kreiszyklische Spule (die zwölfte Lösung der Aufgabe) zu wickeln und den Übergangsbereich in den späteren achsnahen Leiterbereich zu legen. So können die Leiter im späteren Umfangsbereich sich auf einfache Weise bei der Biegung oder Faltung gegeneinander verschieben. (keine Figur)
In einer Variante hat die Wickeltechnik der Fig.6 bei einer kreiszyklischen Wicklung den zusätzlichen Vorteil, dass die Aufweitung des Spulenbündels, durch das Kreuzen der Spulen im Übergangsbereich, in der Ebene des Luftspaltes erfolgt, so dass das Spulenbündel in Luftspaltrichtung gleichmäßig dick ist.
(keine Figur)
In einer anderen Variante ist hier die Anwendung einer kreiszyklischen Wicklung mit ineinander verzahnten Wicklungslagen von Vorteil, wobei sich das Spulenbündel in den Umfangsbereichen bei der Biegung oder Faltung der Spule in Luftspaltebene, durch die Verschiebung der Windungsbögen gegeneinander in Luftspaltebene, aufweitet.
(keine Figur)
In einer anderen Variante wird diese Aufweitung eines verzahnten Spulenbündels durch eine Biegung oder Faltung der Spule in diesem Bereich vorweggenommen und die Leiter im späteren Umfangsbereich bei der Biegung oder Faltung somit auf einfache Weise aneinander vorbei gleiten können. In diesem Verfahren wird die kreiszyklische Wicklung in Verbindungen mit den Fig.6-9,12 vorteilhaft angewandt, in dem die Spulenlagen im späteren achsnahen Bereich (Fig.6a-9a,12a) ineinander verzahnt gewickelt werden (ähnlich angeordnet, wie in Fig.12b) und im Umfangsbereich in späterer Bewegungsrichtung ein wenig aufgefächert in Spalten gewickelt wird (ähnlich, wie in Fig.6a-9a,12a). Der Übergangsbereich Ü der kreiszyklischen Wicklung wird in den späteren achsnahen Bereich gelegt.
(keine Figur)
In einer Weiterbildung werden die Wicklungen in ihrer Länge individuell dabei durch den Einsatz von Schiebern, Haken- oder Treppenschiebern genau gemäß der Länge in der fertig gebogenen oder gefalteten Spule gewickelt, so dass die Windungen bei der Biegung oder Faltung in eine ideale kreiszyklisch gewickelte Endform der Spule mit ineinander verzahnten Wicklungslagen gleiten. (keine Figur)

Fig.10-11 zeigt eine Wickelvorschriften von Wicklungen die teilweise wild gewickelt sind. Dies löst das zweite Problem der Aufgabe.

Eine weitere Besonderheit zeigt die Weiterbildung der Fig.12 bei der das Spulenbündel einerseits verzahnt, also mit hohem Füllfaktor, gewickelt wird und andererseits die ansteigende unterschiedliche Windungslänge teilweise durch die Biegeradien der Wicklungen zwischen späterem achsnahen Bereich und späterem Umfangsbereich erreicht wird. Bei der Faltung weitet sich das Spulenbündel in Faltrichtung auf, da die verzahnten Windungen aneinander vorbei gleiten müssen.
In einer anderen nicht dargestellten Weiterbildung wird die verzahnte Wicklung von Fig.12 ähnlich der Wickelvorschrift in Fig.6 spaltenweise gewickelt, wobei die Spalten im späteren Umfangsbereich leicht schräg verlaufen und im späteren achsnahen Bereich rechtwinklig zur Wickelachse verlaufen. Die Wicklungen werden vorzugsweise kreiszyklisch gewickelt. (keine Figur)

Eine dritte Weiterbildung ist die zweite Grundvariante der ersten Lösung der Aufgabe. Sie ist im Patentanspruch 8 angegeben und wird in den Figuren 13 bis 36 gezeigt.
Hierbei wird der Ausgleich der Windungslänge nicht wie in der ersten Weiterbildung nur durch radiales Versetzen zueinander geschafft, sondern durch gleichzeitiges Versetzen sowohl in radialer als auch in axialer Richtung, im Schnitt längs der Wickelachse gesehen, was genau genommen aber ein Verdrehen jeder Windung um ihren eigenen Drehpunkt 13 im fixierten Spulenbündelbereich ist. Dies wird in Fig.36 für die siebenunddreißigste Windung gezeigt.
Diese Fixierung findet entweder im späteren achsnahen Bereich, wie Fig.14,21,28 zeigt, oder in einem der späteren Umfangsbereiche der Spule statt, was nicht dargestellt wurde, aber die der Fixierung aus Fig.21 und 28 sehr ähnlich ist, wobei die Auffächerung schon im unteren, späteren Umfangsbereich beginnt und nicht in der Mitte im späteren achsnahen Bereich, wie in Fig.21,28.
Der Vorteil dieses Herstellungsverfahrens ist, dass die Windungen individuell in der Länge ausgelegt werden können, so dass sie nach der Biegung oder Faltung der Spule ihren idealen Platz im Spulenbündel der Spule 3b einnehmen.
Die in Patentanspruch 13 angegebene Fixierung des Spulenbündels in einem Querschnitt oder über eine größere Leiterlänge hinaus gibt dem geordneten Zusammenpressen bei der Faltung einen geordneten Ausgangspunkt und darüber hinaus insgesamt Halt bei der Handhabung der Spule.
Die unterschiedliche Fixierung der Windungen im Spulenbündel und deren unterschiedlichen Windungslängen führen zu unterschiedlichen Radien um die die Windungen gegenüber dem Fixpunkt, im Schnitt längs der Achse, verdreht werden. Dies führt im aufgefächertem Zustand zu Gruppierungen der Windungen, die sich von den Windungslagen unterscheiden, wie Fig.16,23,30 zeigen. Diese unterschiedlichen Gruppen machen Schiebe- und/oder Haltevorrichtungen erforderlich. Sie ermöglichen ein Wickeln auf Schiebe- und Haltevorrichtungen. Dies kann auf unterschiedliche Weise geschehen, welches Inhalt der folgenden drei Weiterbildungen ist.

In einer Weiterbildung der ersten bis fünften Lösung der Aufgabe, die in Patentanspruch 10,17,24,25,26,28,29,30,31,32,33 angegeben ist, sind auf dem Wickelkörper ein oder beidseitig des Spulenschenkels Schiebe- und/oder Haltevorrichtungen angebracht, dessen Schieber, Halter, Schieber/Halter oder hakenförmige Schieber/Halter oder Ähnliches in den Spulenaufnahmebereich schiebbar sind und die vorzugsweise motorisch betrieben werden und die vorzugsweise im späteren Umfangsbereich oder achsnahen Bereich der noch zu faltenden Spule oder im Umfangsbereich oder achsnahen Bereich der sofort in die Endform zu wickelnden Spule angebracht werden.
Der Vorteil des Einsatzes solcher Schiebe- und/oder Haltevorrichtung ist, dass die Wicklung durch sie geordnet durchgeführt werden kann und sie ermöglichen die Einhaltung der genauen Windungslängen, Windungsbögen und Windungslage und die Wicklung vom Spuleninneren nach außen und vom Spulenäußeren nach innen.

Die erste Ausgestaltung diesbezüglich ist in Patentanspruch 11 angegeben und in Fig.13-19 dargestellt. Hier sind beidseitig des Spulenbündels Schiebe/Haltevorrichtungen angebracht, die motorisch betrieben werden (M5-M6 und M7,M8), wobei einseitig Schieber/Halter gleichen Querschnitts Fig.16,17,H1-H11 und gegenüberliegend Schiebe/Halter unterschiedlichen Querschnitts Fig.18,S1-S5 angebracht sind. Die Windungen werden zunächst über den für den jeweiligen Biegeradius der Windung geeigneten Schieber/Halter S1-S5 gebogen (Fig.16) und dann auf den vorgesehenen Halter H1-H11 gelegt, der dafür um einen Windungsdurchmesser motorisch ausgefahren wird.
Eine Besonderheit ist hier, dass die Fixierung des kompakten Spulenbündels mittig im späteren achsnahen Bereich geschieht und dadurch beide späteren Umfangsbereiche zunächst aufgefächert gewickelt werden. Die anschließende Faltung auf einen Faltkörper ähnlich dem von Fig.4,5 wird in Fig.15 dargestellt.

Eine zweite Ausgestaltung diesbezüglich ist in Fig.20-26 dargestellt, wobei auch hier beidseitig des Spulenbündels Schiebe-/Haltevorrichtungen angebracht sind. Ein Vorteil ist hier darin zu sehen, dass nur ein späterer Umfangsbereich aufgefächert gewickelt wird und das Spulenbündel bis zur Spulenmitte kompakt fixiert wird. Dadurch ergeben sich die Windungsgruppen in anderer Formation in Fig.23 als in Fig.16 der vorhergehenden Weiterbildung.
Eine Besonderheit, die auch auf andere Weiterbildungen mit beidseitigen Schieber/Haltern angewendet werden kann ist in Fig.24 zu sehen und besteht darin, dass die Schieber S1-S5 wie ein Schwalbenschwanz am Ende mittig geschlitzt sind, wobei die Halter H1-H11 in den Schlitz 16 hineinfahren können, so dass die Halter H1-H11 nicht notwendiger weise als Schieber/Halter ausgeführt werden müssen, sondern auch fest stehen können.
Die Ausgestaltung der Fig. 14 bis 20 ist in diesem Punkt der Weiterbildung in den Fig.20 bis 26 im Vorteil, da dort die Spulen egal in welcher Lage sie gewickelt werden, sich ohne zusätzliche Vorrichtungen auf den Haltern H1-H11 halten, da die Lage der Halter einen Winkel über 90° zu dem Windungsverlauf der Spule Richtung achsnahem Bereich einnimmt.
Eine Besonderheit der Weiterbildungen der Fig.13-19 und Fig.20-26 ist, dass die Halter in Fig.17 und 26 nicht formgebend sind, sondern Windungen mit unterschiedlichen Biegeradien, die durch das Biegen über die formgebenden Schieber in Fig.18,24 entstanden sind, lediglich an einem Punkt des Leiters in der Position halten.

Bei einer dritten Ausgestaltung diesbezüglich von Fig.27-33, die in Patentanspruch 12 angegeben ist, ist die Besonderheit, dass die Windungen direkt und auf feststehende Halter mit einheitlichem Biegeradius gewickelt werden und die gegenüberliegenden Schieber/Halter der anderen Weiterbildungen entfallen. Dadurch liegen die einzelnen Windungen in einem größeren Abstand zur Wickelachse, als in Fig.20,21, woraufhin die Halter in einem Winkel größer als 90° zum radialen Spulenverlauf der Fig.28 liegen können und die Windungen somit in jeder Lage der Wickelachse oder der Spule, von den Haltern ohne zusätzliche Hilfe in Position gehalten werden können, ohne dass diese von der Halterung rutschen, wie es bei Fig.23 für einige Wickelachslagen der Fall sein könnte. Die fertig gewickelte Spule der Fig.28 wird dann vorzugsweise aus der Halterung genommen und auf eine Faltvorrichtung vom schon kompakten Spulenbündelbereich ausgehend, ähnlich wie in Fig.5 in Achsrichtung beidseitig begrenzt hin zum noch aufgefächerten zweiten Umfangsbereich gepresst. Auf diese Weise nehmen die Windungen automatisch ihre Idealposition auch im zweiten Umfangsbereich ein und passen ihre zunächst einheitlichen Biegeradien auf den kleinsten Biegeradius aufbauend an.
In Fig.15,22,29,42,45 sind verschiedene Vorrichtungen zur Faltung des Spulenbündels in der späteren Rotationsebene zu sehen.
Die Faltvorrichtung von Fig.22 und Fig.29 ist dreigeteilt, wobei jeweils zwei Teile durch ein Scharnier oder ähnliches drehbar zueinander verbunden sind. Die Faltung geschieht dann in den eingezeichneten Schritten.

Eine vierte Weiterbildung ist in der dritte Grundvariante der ersten Lösung der Aufgabe im Patentanspruch 9,16,17 angegeben und wird in den Figuren 37 bis 49 dargestellt.
Auch bei dieser Weiterbildung ist das Ziel, insgesamt ein kompaktes Spulenbündel mit hohem wirksamen Leiteranteil zu bekommen und die Biegeradien bei der Wicklung vor der Biegung oder Faltung zu berücksichtigen.
Dabei werden die späteren Umfangsbereiche der Wicklung zu einem kompakten Spulenbündel gewickelt und der eine spätere achsnahe Bereich (keine Figur) oder die beiden späteren achsnahen Bereiche der Wicklung werden Windung für Windung in Wickelachsrichtung V- oder U-förmig zueinander entweder in die gleiche Richtung verschoben (Fig.38,41,44,47) oder räumlich aufgefächert (keine Figur, aber ähnlich der Fig.34-36, Anspruch 8) um Wickelpfosten oder Halter gewickelt.
Die Besonderheit der ersten Ausgestaltung diesbezüglich in Fig.37-39 ist, dass die ungefaltete Spule unverzahnt gewickelt wird, wodurch die Wicklungslagen um die gleichen Wickelpfosten im späteren achsnahen Bereich gewickelt werden können, so dass viel Platz zwischen den wenigen Wickelpfosten zur Verfügung steht. Dies ist bei der verzahnten Wicklung der Fig.44 nicht der Fall, da hier jede zweite Windungslage anders platzierte Wickelpfosten benutzt, so dass auf gleichem Raum, wie in Fig.38 doppelt so viel Wickelpfosten platziert sind. Wobei die Spule der dritten Ausgestaltung diesbezüglich von Fig.43-45 einen höheren Füllfaktor aufweist.
Um mehr Platz für Wickelpfosten oder zwischen Gruppen von aufgefächerten Leiterbereichen zu schaffen, wird in einer nicht dargestellten Ausgestaltung in nur einem späteren achsnahen Bereich die Windungen gegeneinander V- oder U-förmig verschoben oder aufgefächert (Anspruch 9) und der andere spätere achsnahe Bereich wird als kompaktes Spulenbündel gerade verlaufend zwischen den späteren Umfangsbereichen gewickelt. Nach der Fertigstellung der Wicklung werden die Wickelpfosten entnommen und die beiden achsnahen Bereiche in etwa deckungsgleich V- oder U-förmig verschoben, was vorzugsweise auf den Faltkörper direkt während des Faltvorganges geschieht.

Der gleiche hohe Füllfaktor der Spule wird auch in der vierten Ausgestaltung diesbezüglich erreicht und ist Inhalt des Patentanspruchs 17 und ist in Fig.46-49 dargestellt. Dort werden motorisch betriebene Schiebe- und/oder Haltevorrichtungen im Wickelbereich der Spule platziert, die eine gezielte lagenweise verzahnte Wicklung mit exakter Windungslänge ermöglicht. Die Einhaltung der exakten Windungslänge wird für den in Fig.47 gezeigten Spulenbereich durch das Zusammenspiel der Motoren M19,M22,M23 um deren Schieber die Windung in exakter Länge gelegt wird um anschließend durch die Schieber/Halter der Motoren M20,M21 in Position gehalten zu werden, wenn auf der anderen Seite des Wickelkörpers um die Schieber der Motoren M22,M23,M26 der zweite Spulenteil gelegt wird.
Die Spulen werden lagenweise im V-förmigen Spulenbereich von rechts nach links (Spule 1, Fig.48) und dann von links nach rechts (Spule 2, Fig.49) gewickelt.
Bei der Spulenwicklung von rechts nach links werden die Windungen kürzerer Länge in die vorhergelegten Windungen größerer Länge eingelegt (Fig.48).
Bei der Spulenwicklung von links nach rechts werden die Windungen größerer Länge über die Windungen geringerer Länge hinweggeschoben und dann in der dafür vorgesehenen Spulenebene abgelegt (Fig.49) u.s.w..
Vorteil dieser Ausgestaltung ist der Verzicht auf Wickelpfosten, um die die Windungen eingelegt werden müssen, was umständlich und im Bereich größerer Windungslängen der Spule aus Platzmangel für kleine Spulen schwer zu realisieren ist.

Eine zweite Ausgestaltung diesbezüglich ist in Fig.41 zu sehen und in Patentanspruch 18 beschrieben, in der der nutenförmige Spulenaufnahmebereich im späteren Umfangsbereich der Spule um einen Winkel, hier 19°, gegenüber der Wickelachse gekippt ausgeführt ist. Dies hat den Vorteil gegenüber der geraden Ausführung von Fig.38,47, dass die Leiter bei der Wicklung nicht so schräg aus diesem Spulenaufnahmebereich herauslaufen, so dass die axiale Kraftkomponente, die die Windung bei der Wicklung aus der Position bringen will gering ist. Dies hat den Vorteil, insbesondere in Verbindung mit einer verzahnten Wicklung, dessen Weiterbildung in Patentanspruch 20 angegeben ist und die Fig.44 zeigt, dass auf Schieber oder Halter verzichtet werden kann, da die Verzahnung ausreichend stark die Windungen während der Wicklung in Position hält. Auch bei einer unverzahnten Wicklung, wie in der Weiterbildung in Patentanspruch 19 angegeben ist, sind die Querkräfte und dadurch bedingte Leiterverformungen vorteilhafter Weise geringer.

Die Wicklung auf dem Wickelkörper geschieht in allen Weiterbildungen entweder in dem der Wickelkörper mit der Wickelwelle rotiert oder in dem der Wickelkörper mit der Wickelachse steht und der Wickeldraht um den Wickelkörper rotiert.

Die Auffächerung der Spulen, der in der zweiten und dritten Grundvariante der ersten Lösung der Aufgabe ist in einer anderen nicht dargestellten Weiterbildung auf die zweite Lösung der Aufgabe angewendet, die hier im späten Umfangsbereich und/oder achsnahen Bereich angewendet wird und ist in Patentanspruch 8 und 9 angegeben. Die dadurch erzielten Vorteile sind ähnlich denen der zweiten und dritten aufgefächerten Grundvariante des Herstellungsverfahrens der ersten Lösung der Aufgabe.




2. Figuren

Gleiche Bauteile haben in allen Figuren gleiche Bezugszahlen.

Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand einer Zeichnung beschrieben.


Fig.1-51 zeigen unterschiedliche Ausgestaltungen des 1. Herstellungsverfahrens

Fig.1,2,5,6 zeigen eine erste Grundvariante des 1. Herstellungsverfahrens

Fig.1 zeigt den Querschnitt eines Wickelkörpers entlang der Linie II-II in Fig.2
Fig.2
eine Seitenansicht des Wickelkörpers entlang der Linie I-I in Fig.1

Fig.1,2 zeigen den Wickelkörper 1, der auf einer Wickelachse 2 sitzt. Die Spule 3 ist um einen Kern 6 des Wickelkörpers 1 gewickelt, der in Wickelachsrichtung von Bewegungskörpern 5 begrenzt wird. Der Kern 6 des Wickelkörpers 1 ist im Schnitt längs der Wickelachse trapezförmig aufgebaut und der Wickelraum der Spule im Umfangsbereich wie ein Parallelogramm und in dem Bereich, wo die Spulenbündel parallel verlaufen im Querschnitt rechtwinklig. Der trapezförmige Wickelraum der Spule 3 wird im Umfangsbereich durch einen Schieber 6 begrenzt der während der Wicklung in diese Position geschoben wird, insbesondere bei einem wilden Wickelverfahren.

Fig.1a-d zeigen Varianten des Querschnitts eines Wickelkörpers entlang der Linie II-II in Fig.2 und zeigen Varianten der Fig.1, bei denen der Kern 6 des Wickelkörpers 1 variiert wird und sich damit Spulen 3 unterschiedlicher Art ergeben, die aber alle für die gleiche Faltungsart der Herstellungsverfahrens der ersten Lösung der Aufgabe bestimmt sind.

Fig.3 zeigt eine Seitenansicht eines Wickelkörpers ähnlich dem in Fig.2 und eine Variante des Wickelkörpers in Fig.2, wobei im Umfangsbereich der Spule 3 beidseitig der Spule Schieber/Halter 6 in den Wickelraum ragen, die durch die Motoren M1 bis M4 gesteuert werden.

Fig.4 zeigt einen Faltkörper im Schnitt entlang der Linie VI-VI der Fig.5
Fig.5 zeigt eine Seitenansicht des Wickelkörpers in der Sicht entlang der Linie V-V der Fig.4

Fig.4,5 zeigt eine Spulenfaltvorrichtung 11 auf die in Fig.1,2 oder Fig.4 gewickelte Spule 3a geschoben wird oder die von vornherein Teil der Wickelvorrichtung in Fig.1,2,4 ist oder teilweise zu dem Wickelkörper 1 hinzugefügt wird.
Auf dieser Spulenfaltvorrichtung 11 wird die Spule 3a in die gewünschte Endform 3b gebogen oder gefaltet. Die Spulenfaltvorrichtung besteht aus Kernkörper 9 auf den die Spule stramm aber bewegbar sitzt und die außenseitig von Begrenzungskörpern 8 als Spulenbündel zusammengehalten wird. Durch das Ausüben einer Kraft F wird die ungefaltete Spule 3a um Faltkanten eines Körpers oder um Wickelpfosten 10 in die Endform der Spule 3b gebogen oder gefaltet. Anschließend wird die Spule 3b durch kleben oder backen gefestigt und bei vorherigem Entfernen der Wickelpfosten 10 aus dem Faltkörper entnommen.

Fig.6-12 zeigen Schnittansichten des Spulenbündels einer ungefalteten Spule, ähnlich der in Fig.1-4

Fig.6-12 zeigen Schnittdarstellungen der Spule 3a beim Wickelvorgang. Die obere Darstellung Abb.6a-12a,oberhalb der Linie B-B zeigt einen Schnitt ähnlich dem Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig.1 nur oberer Querschnitt des Spulenbündels.
Die untere Darstellung Abb.6b-12b, unterhalb der Linie B-B des Spulenbündels zeigt einen Schnitt entlang der Linie III-III ähnlich in Fig.2 für die jeweilige gleiche Spule wie für die obere Darstellung, wobei der Wickelköper der Fig.12 etwas abgewandelt ist zu denen von Fig.1,3.
Bei den in den Figuren dargestellten Wickelvorschriften liegen Spulenanfang A' und Spulenende A'' immer auf der gemeinsamen Außenseite des Spulenbündels der fertigen Spule 3b.. In den Darstellungen liegen die Spulenenden im späteren achsnahen Bereich. Die Spulenenden könnten auch im späteren Umfangsbereich liegen, wobei ansonsten die gleiche Wickelvorschrift gilt. Der Wickelvorgang wird durch die Angabe von Pfeilen deutlich.

 

Fig.12 zeigt eine Wickelvorschrift auf einem gegenüber Fig.1,2 geringfügig abgewandeltem Wickelkörper, bei dem die Spulen 3 auf der Strecke von der Schnittfläche III-III zur Schnittfläche IV-IV in Fig.1,2 teilweise bogenförmig gelegt werden und die Windungen insgesamt verzahnt ineinander greift.

Fig.13-36 zeigt eine zweite Grundvariante des ersten Herstellungsverfahrens

Fig.13-19 zeigt eine erste Ausgestaltung der zweiten Grundvariante

Fig.13,14 zeigt Schnittzeichnungen eines Wickelkörpers 1

Fig.13 zeigt den Querschnitt des Wickelkörpers entlang der Linie VII-VII in Fig.14
Fig.14 zeigt eine Seitenansicht des Wickelkörpers entlang der Linie VIII-VIII in Fig.13



Fig.13,14 Der Wickelkörper hat einen Kern 4 und Schiebe/Halter der Motoren M6 und M8 über die die Windungen gewickelt werden, wobei die Windungen nach der Wicklung auf den Schiebe/Haltern der Motoren M5,M7 abgelegt werden. Der Wickelkörper begrenzt die Spule 3a in Richtung der Wickelachse 2 durch seitliche Begrenzungen 5. Der obere Teil der Spule in Fig.14 ist im Teilschnitt gezeichnet und ist in Fig.16 vergrößert zu sehen. Auch der obere Teil der Spule in Fig.13 ist in Fig.17 vergrößert dargestellt. Hier sind die schmalen Schieber/Halter 6a mit der Bezeichnung H1,H2,H3 zu sehen, auf die die Windungen von den Schiebe/Haltern 6a mit der Bezeichnung S1-S6 abgelegt werden. Dieser Vorgang ist in Fig.16 für die Windungen 33 mit den Schieber/Halter S4 und H9 zu sehen.

Fig.15 zeigt einen Wickelkörper ähnlich dem in Fig.5 im Schnitt entlang der Linie VI-VI mit der Spule aus Fig.13,14

Fig.15 zeigt einen Faltkörper 11 ähnlich dem in Fig.5 entlang der dortigen Schnittlinie VI-VI mit der darin enthaltenen Spule 3a vor der Faltung und nach der Faltung die Spule 3b. Während der Faltung entlang der Faltrichtung 12 gleiten die Windungslagen ineinander an ihren vorgesehenen Platz im kompakten Spulenbündel der gefalteten Spule 3b.

Fig.16 zeigt eine Vergrößerung des Spulenbündels aus Fig.14

Fig.17 zeigt eine Vergrößerung des Umfangsbereiches des Spulenbündels aus Fig.13

Fig.16, Fig.17 Die Zahlen in den Leiterquerschnitten, die die Reihenfolge der Wicklung der Windungen angeben. So liegen Windungen gleicher Windungslage der Fig.19 auf unterschiedlichen Schieber/Haltern H1-H11. Der Halter H9 wird zeitgleich motorisch herausgeschoben, wenn sich der Schieber/Halter S4 zurückzieht und übernimmt die durch ihn geformte Wicklung 33. Die schmalen Schieber/Halter 6a haben lediglich eine Haltefunktion für die Windungen und keine formgebende.

Fig.18 zeigt eine Vergrößerung der oberen Schieber/Halter entlang der Linie IX-IX in Fig.14

Fig.19 zeigt eine Vergrößerung des Querschnitts entlang der Linie X-X in Fig.14

Fig.18 Hier sind die unterschiedlichen Biegeradien der Schieber S1-S5 zu sehen, die zu den unterschiedlichen Bögen der Windungen 15 von Fig.18 führen.

Fig.19 Hier ist das fixierte kompakte Spulenbündel vergrößert zu sehen, in dem die Windungslagen ineinander verzahnt gewickelt werden.

Fig.20-26 zeigt eine zweite Ausgestaltung der zweiten Grundvariante

Fig.20,21 zeigt Schnittzeichnungen eines Wickelkörpers 1

Fig.20 zeigt den Querschnitt eines Wickelkörpers entlang der Linie XI-XI in Fig.21
Fig.21 zeigt eine Seitenansicht des Wickelkörpers entlang der Linie XII-XII in Fig.20



Fig.20,21 Der Wickelkörper 1 hat einen Kern 4 und Schiebe/Halter 6b des Motors M10 über die die Windungen gewickelt werden, wobei die Windungen nach der Wicklung auf den Schiebe/Haltern 6a des Motors M9 abgelegt werden. Der Wickelkörper 1 begrenzt die Spule in Richtung der Wickelachse 2 durch seitliche Begrenzungen 5. Der obere Teil der Spule in Fig.21 ist im Teilschnitt gezeichnet und ist in Fig.23 vergrößert zu sehen. Auch der obere Teil der Spule in Fig.20 ist in Fig.26 vergrößert dargestellt. Hier sind die schmalen Schieber/Halter 6a mit der Bezeichnung H1 bis H11 zu sehen auf die die Windungen von den Schiebe/Haltern 6b mit der Bezeichnung S1-S6 abgelegt werden. Dieser Vorgang ist in Fig.16 für die Windungen 33 mit den Schieber/Halter S4 und H9 zu sehen.

Fig.22 zeigt einen Wickelkörper ähnlich dem in Fig.5 im Schnitt entlang der Linie V-V mit der Spule aus Fig.21

Fig.22 zeigt einen Faltkörper 11 ähnlich dem in Fig.6 entlang der Schnittlinie VI-VI mit der darin enthaltenen Spule 3a vor der Faltung und nach der Faltung die Spule 3b. Während der Faltung entlang der Faltrichtung 12 gleiten die Windungslagen ineinander an ihren vorgesehenen Platz im kompakten Spulenbündel der gefalteten Spule 3b. Die Besonderheit dieses Faltkörpers ist sein in drei Teile unterteilter Kern 9, die durch Scharniere 17, die gleichzeitig als Faltpfosten dienen, verbunden und die Flügel 18 gegeneinander klappbar sind, wodurch die Faltung stattfindet.

Fig.23 zeigt eine Vergrößerung des Spulenbündels aus Fig.21

Fig.24 zeigt eine Vergrößerung der oberen Schieber/Halter entlang der Linie XIII-XIII in Fig.21

Fig.24 zeigt die Schieber/Halter S1- S6 des Schnittes entlang der Linie XIII-XIII. Hier ist zu sehen, dass die Schieber/Halter Schlitze 16 in der Mitte aufweisen, in denen die Halter H1-H11 von Fig.26 zum Teil hineinreichen, wenn die Windungen auf ihnen abgelegt werden.

Fig.25 zeigt eine Vergrößerung des Umfangsbereiches des Spulenbündels aus Fig.20

Fig.26 zeigt eine Vergrößerung des Umfangsbereiches des Spulenbündels aus Fig.20

Fig.25 zeigt einen Schnitt entlang der Linie XIV-XIV in Fig.21. Hier ist das fixierte kompakte Spulenbündel vergrößert zu sehen, in dem die Windungslagen ineinander verzahnt gewickelt werden.

Fig.27-33 zeigt eine dritte Ausgestaltung der zweiten Grundvariante

Fig.27,28 zeigt Schnittzeichnungen eines Wickelkörpers 1

Fig.27 zeigt den Querschnitt eines Wickelkörpers entlang der Linie XI-XI in Fig.28
Fig.28 zeigt eine Seitenansicht des Wickelkörpers entlang der Linie XII-XII in Fig.27



Fig.27,28 Der Wickelkörper hat einen Kern 4 und Halter H1-H11 über die die Windungen gewickelt werden. Der Wickelkörper 1 begrenzt die Spule 3a in Richtung der Wickelachse 2 durch seitliche Begrenzungen 5. Der obere Teil der Spule in Fig.28 ist im Teilschnitt gezeichnet und ist in Fig.30 vergrößert zu sehen. Auch der obere Teil der Spule in Fig.27 ist in Fig.33 vergrößert dargestellt. Hier sind die Halter H1 bis H11 gleichmäßiger Breite zu sehen, die sich an dem kleinsten Windungsbogen von H1 orientiert.

Fig.29 zeigt einen Wickelkörper ähnlich dem in Fig.5 im Schnitt entlang der Linie V-V mit der Spule aus Fig.28 und zeigt den gleichen Faltkörper der Fig.22, mit der zu faltenden Spule 3a der Fig.27,28.

Fig.30 zeigt eine Vergrößerung des Spulenbündels oben aus Fig.28

Fig.31 zeigt eine Vergrößerung des Spulenbündels unten aus Fig.28

Fig.31 zeigt die Vergrößerung der Schnittfläche des unteren Spulenbündels in Fig.28.

Fig.32 zeigt eine Vergrößerung des Querschnitts entlang der Linie XVII-XVII in Fig.28

Fig.33 zeigt eine Vergrößerung des Umfangsbereiches des Spulenbündels aus Fig.27

Fig.32 Hier ist das fixierte kompakte Spulenbündel vergrößert zu sehen, in dem die Windungslagen ineinander verzahnt gewickelt werden.

Fig.34-36 zeigt Schnittansichten des Spulenbündels
oberhalb der Linie B-B, in
Abb.34a-36a ähnlich dem oberen Querschnitt
entlang der Symmetrielinie in Fig.13 oder
entlang der Symmetrielinie in Fig.21 oder
entlang der Symmetrielinie in Fig.28
unterhalb der Linie B-B, in
Abb.34b-36b ähnlich dem
Schnitt entlang der Linie X-X in Fig.14 oder
Schnitt entlang der Linie XIV-XIV in Fig.21 oder
Schnitt entlang der Linie XVII-XVII in Fig.28

Fig.34-36 zeigt drei verschiedene Wickelvorschriften für Spulen 3a der Fig.13-33 mit gerader und ungerader Lagenzahl von Spulen, die dazu führen, dass der Spuleneingang A' und der Spulenausgang A'' außenseitig des Spulenbündels der fertigen Spule 3b liegt.

Fig.36 zeigt zusätzlich den Drehvorgang der Windung 37 zur Auffächerung des Spulenbündels. Die Auffächerung ist in der Fig.14,21,28,34,35,36 durch Drehung nach links geschehen, was grundsätzlich in anderen Weiterbildungen auch durch Drehung der Windung nach rechts oder von einigen Windungen nach links und von anderen nach rechts geschehen kann.

Fig.37-49 Varianten des Wickel- und Faltkörpers für das Herstellungsverfahren der dritten Grundvariante
Fig.37-39 eine erste Ausgestaltung der dritten Grundvariante

Fig.37,38 zeigen Schnittdarstellungen des Wickelkörpers 1

Fig.37 zeigt die Schnittdarstellung entlang der Linie XVIII-XVIII in Fig.38
Fig.38 zeigt die Schnittdarstellung entlang der Linie XIX-XIX in Fig.37 ohne Schnitt der Motoren M11-M14



Fig.37,38 zeigen wie die Spule 3a auf einen Kern 4 gewickelt wird und im späteren Umfangsbereich der Spule als kompaktes Spulenbündel in einem nutenförmigen Bereich gewickelt, der beidseitig motorisch betriebenen Schieber/Halter 6a mit der Bezeichnung S1-S4 (M11-M14) bereitstellt, die während der Wicklung die Windungen positionieren. Die Spulen werden im späteren achsnahen Bereich V-förmig um die Wickelpfosten 10 gelegt. Die Spulenlagen 3-1,3-2 erstrecken sich in der späteren Bewegungsrichtung der Maschine. In der Fig.38 ist im späteren Umfangsbereich das volle Spulenbündel im Schnitt zu sehen und im restlichen Bereich ist nur die erste Spulenlage 3-1 dargestellt, so wie auch bei der ungefalteten Spule 3a in Fig.39.

Fig.39 zeigt einen Faltkörper ähnlich dem in Fig.5 entlang der Schnittlinie VI-VI

Fig.39 zeigt einen Faltkörper 11 mit der Spule 3a vor der Faltung und die Spule 3b nach der Faltung. Die Spule 3a wird gemäß der Bewegungsrichtung 12 über den Kern 9 des Faltkörpers 11 geschoben und um die Faltpfosten 17 gebogen. Während der Faltung gleiten die Windungslagen ineinander an ihren vorgesehenen Platz im kompakten Spulenbündel der gefalteten Spule 3b.

Fig.40-42 zeigen eine zweite Ausgestaltung der dritten Grundvariante

Fig.40,41 zeigen Schnittdarstellungen des Wickelkörpers 1

Fig.40 zeigt die Schnittdarstellung entlang der Linie XX-XX in Fig.41
Fig.41 zeigt die Schnittdarstellung entlang der Linie XXI-XXI in Fig.40, wobei die Motoren M15-M18 vom Schnitt ausgenommen wurden



Fig.40,41 Die Spule 3a wird auf dem Kern 4 des Wickelkörpers 1 um die Wickelpfosten 10 herum und im späteren Umfangsbereich in eine nutenförmige Aufnahme zu einem kompakten Spulenbündel gewickelt. Dieser Spulenaufnahmebereich ist gegenüber der Wickelachse 2 um einen Winkel von hier 19° gekippt ausgeführt. Beidseitig des nutenförmigen Spulenaufnahmebereiches sind motorisch betriebene Schieber/Halter 6a mit der Bezeichnung S1-S4 der Motoren M15-M18 angebracht.

Fig.42 zeigt einen Faltkörper ähnlich dem in Fig.5 entlang der Schnittlinie VI-VI

Fig.42 zeigt einen Faltkörper mit der Spule 3a vor der Faltung und der Spule 3b nach der Faltung. Während der Faltung entlang der Faltrichtung 12 gleiten die Windungslagen ineinander an ihren vorgesehenen Platz im kompakten Spulenbündel der gefalteten Spule 3b.
Die Besonderheit dieser Faltvorrichtung 11 liegt im Aufbau des Kernes 9 des Faltkörpers 11. Er besteht aus zwei Flügeln, die jeweils auf einer Ecke in Scharnieren, die als Faltpfosten 17 arbeiten, drehbar gelagert sind. Die Spule 3a wird auf diesen Kern geschoben und die kompakt gewickelten Spulenbündelbereiche in Aufnahmenuten 54 eingelegt. Danach werden die Faltflügel 18 geschwenkt und die Spule 3a um die Faltpfosten 17 gebogen bis die Spule die Endform 3b erreicht.

Fig.43-45 zeigen eine dritte Ausgestaltung der dritten Grundvariante

Fig.43,44 Schnittdarstellungen des Wickelkörpers 1

Fig.43 zeigt die Schnittdarstellung entlang der Linie XXII-XXII in Fig.44
Fig.44 zeigt die Schnittdarstellung entlang der Linie XXIII-XXIII in Fig.43



Fig.43,44 Die Spule 3a wird auf dem Kern 4 des Wickelkörpers 1 um die Wickelpfosten 10 herum und im späteren Umfangsbereich in eine nutenförmige Aufnahme zu einem kompakten Spulenbündel gewickelt. Dieser Spulenaufnahmebereich ist gegenüber der Wickelachse 2 um einen Winkel von hier 19° gekippt ausgeführt und die Spulenlagen werden ineinander verzahnt gewickelt, wodurch auf seitlich eingreifende Schieber/Halter verzichtet werden kann.

Fig.45 zeigt einen Faltkörper ähnlich dem in Fig.5 entlang der Schnittlinie VI-VI

Fig.45 zeigt einen Faltkörper 11 mit der Spule 3a vor der Faltung und der Spule 3b nach der Faltung. Während der Faltung entlang der Faltrichtung 12 gleiten die Windungslagen ineinander an ihren vorgesehenen Platz im kompakten Spulenbündel der gefalteten Spule 3b.
Besonderheit dieser Faltvorrichtung ist, dass die Faltpfosten 19 linear beweglich angebracht sind und sich beim Faltvorgang von Position 1 nach Position 2 bewegen und damit die Spule 3a in ihre Endform 3b bringen. Durch die verzahnte Wicklung stehen die Wickelpfosten 10 in der Fig.44 eng beieinander. Die Spulen sind abwechselnd um unterschiedliche Wickelpfosten gelegt. Dies zeigen die beiden dargestellten Spulenlagen 3-1, 3-2, wobei die erste Spulenlage 3-1 schwarz in der Vergrößerung hervorgehoben ist.

Fig.46-49 eine vierte Ausgestaltung der dritten Grundvariante

Fig.46 zeigt eine Seitenansicht des Wickelkörpers 1 der Fig.46-49

Fig.47 zeigt eine Draufsicht des Wickelkörpers 1 der Fig.46-49

Fig.46 zeigt eine Seitenansicht des Wickelkörpers 1, wobei hier das vollständige Spulenbündel, also die fertig gewickelte Spule gezeigt wird.

Fig.47 zeigt eine Draufsicht des Wickelkörpers 1, wobei in der Schnittansicht der Spulenbündel im späteren Umfangsbereich das volle Spulenbündel gezeigt wird und im übrigen Bereich nur die ersten beiden Windungslagen.

Fig.48,49 zeigen Seitenansichten mit Teilquerschnitten im Spulenbereich der Fig.46-49 entlang der Linie XXV-XXV in Fig.46

Fig.48,49 zeigen Seitenansichten mit Teilquerschnitten im Spulenbereich, wobei nur die ersten beiden Windungslagen des Spulenbündels gezeigt werden.

 


Erfinder/ Autor:

Dipl.-Ing. Jörg Bobzin ist Forscher und Entwickler von hocheffizienten elektrischen Maschinen und ganzheitlicher Wissenschaft und Technik