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

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



Elftes 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 elfte Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 21, ist in Fig.61-63 gezeigt und wird erreicht durch die Wicklung der Spule als Einzelspule auf einen Wickelkörper und/oder Wickeldorn mit anschließender Biegung und/oder Faltung der Spule quer zur späteren Bewegungsrichtung der Rotation der Maschine, zu einer allgemein U- oder V-förmigen Spule mit mindestens einem sich der Achse oder Welle annähernden Spulenbereich, wobei die Spule zunächst um eine gerade Faltkante gebogen oder gefaltet wird und anschließend auf einen rotationssymmetrischen Faltkörper gesetzt wird, der die Kontur des mittleren magnetischen Körpers, zuzüglich der mechanischen Luftspaltlänge der elektrischen Maschine hat. Auf den Umfangsbereich der Wicklung wird nun eine radial ansetzende Kraft F ausgeübt, die das Leiterbündel der Spule mit seiner innenliegenden Windungslage vollständig an den Kern des Faltkörper presst, wobei die Windungen, je weiter sie außen (in Bewegungsrichtung der elektrischen Maschine) im Spulenbündel liegen, über eine größere Strecke radial geschoben werden. Diese im wesentlichen radiale Verschiebung kann frei erfolgen oder durch angebrachte Rahmen gezielt geführt werden. Somit können Spulenschenkel vierseitig durch Rahmen begrenzt sein. Dadurch setzt sich die Verschiebung der Windungen bis in den achsnahen Bereich fort, wo Windungen, die vorher benachbart lagen, auseinandergeschoben werden.
Dieses Herstellungsverfahren hat den Vorteil, dass Spulen zunächst in herkömmlicher Weise in einer Ebene gewickelt und danach gefaltet werden können. Das dadurch entstehende erste Problem der Aufgabenstellung wird hier dadurch gelöst, dass die für die Energieumsetzung nutzlosen Leiterabschnitte im Umfangsbereich vorwiegend in den achsnahen Bereich oder sogar in den benachbarten Umfangsbereich verschoben werden, wo sie dann der Energieumwandlung direkt dienlich sind und die Effizienz der Wicklung und der Gesamtmaschine steigern.

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 elften Lösung der Aufgabe ist in Patentanspruch 22 angegeben und ist in der Fig. 61,62 gezeigt. Hierbei handelt es sich darum, dass die seitlich durch Spulenbegrenzungen geführte Verschiebung der Windungen Richtung Achse in ihrer radialen Ausdehnung durch eine weitere radiale Spulenbegrenzung oder eine Auflage in Achsnähe zumindest in einem Punkt begrenzt wird. Dies hat den Sinn, dass das Spulenbündel im achsnahen Bereich möglichst wenig Richtung Achse verschleift, damit die Spulenseiten möglichst weit radial, Richtung Achse, verlaufen und eine Nutzung dieses Spulenbündels in Folge dessen möglichst wenig Magnetfläche kostet und die Leiter somit über einen größeren Drehwinkel wirksam sind.
In einer hier nicht dargestellten Ausgestaltung der Weiterbildung wird das Herstellungsverfahren dahingehend optimiert, dass bei der Formung sämtliche Leiterverschiebungen zugunsten einer optimalen Ausnutzung der bestehenden Maschinenfläche bzw. Magnetfläche geschieht, die mindestens durch die Strecke A1 radial begrenzt wird. Bei einer optimierten Variante wird eine Ausdehnung des Spulenbündels über die Begrenzungslinie E-E in Fig.61 nicht zugelassen, so dass die Leiter die verschoben werden nur in die Ecken zwischen Rahmen 8b und Begrenzungslinie E-E ausweichen können. Auf diese Weise werden die zuvor unwirksamen Leiter im Umfangsbereich (Bereich C1) zu wirksamen Leitern im achsnahen Bereich ohne die nötige Magnetfläche erhöhen zu müssen. Um das Ganze bezüglich der Effizienz der Leiter und der Magnetfläche noch mehr zu optimieren wird die Spule 3b noch V-förmiger als in Fig.61 vorbereitet, so dass die Spulenschenkel des V's zunächst leicht schräg zum Radius des Faltkörpers oder der späteren Maschine verlaufen und sich erst durch die Formung im Umfangsbereich ihre radiale Ausrichtung finden. So wird zumindest ein Teil der zunächst unwirksamen Leiter in C1 für die optimale Ausrichtung der V-förmigen Spulenschenkel genutzt. Auf diese Weise wird die ideale, hocheffiziente Endform der Spule erreicht.
Eine andere Weiterbildung der siebten bis elften Lösung der Aufgabe ist in Patentanspruch 50 angegeben und in Fig.114 bis 116 gezeigt. Hier werden die Spulen in einer Halterung ausgerichtet und dann vergossen, wobei der mittlere magnetische Körper um eine Luftspaltlänge axial verschoben wird und als Vergussgrenze dient, wobei ein Rahmen seitlich die Vergussbereiche abgrenzt. Auf diese Weise werden alle Spulen in einem späteren Luftspaltbereich zusammen vergossen (Fig.114,116) und anschließend die Spulenschenkel im gegenüberliegenden Luftspaltbereich (Fig.115,116).
Dies hat den Vorteil, dass alle Spulen in einem Guss fixiert werden und Luftschlitze im Umfangsbereich der Wicklung bleiben. Auch der achsnahe Bereich der Spulen wird besser gekühlt, wenn er nicht vergossen ist.
In einer Weiterbildung ist der innere magnetische Körper axial in zwei Scheiben geteilt, ähnlich denen in Fig.105,106,107,110, die zum Vergießen auseinander bis stramm an die Spuleninnenwände bewegt und dort während des Vergießens arretiert werden.




2. Figuren

Gleiche Bauteile haben in allen Figuren gleiche Bezugszahlen.

Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand einer Zeichnung beschrieben.


Fig.61-63 zeigen ein Herstellungsverfahren der elften Lösung der Aufgabe

Fig.61,62 zeigen einen Formkörper 11 zur Herstellung der geformten Spule 3b

Fig.61 zeigt eine Schnittansicht durch den Formkörper 11 entlang der Linie XXXIII-XXXIII in Fig.62

Fig.62 zeigt eine Schnittansicht durch den Formkörper 11 entlang der Linie XXXIV-XXXIV in Fig.61 und eine dem Schnitt in Fig.63 ähnlichen Schnittansicht entlang der Linie XXXV-XXXV

Fig.61 zeigt den Werdegang der Formung einer gefalteten Spule in einem Formkörper 11 in drei Phasen. Die linke Spule 3b zeigt die vorgefertigte gefaltete Spule, die z.B. wie in Fig.1,2 oder Fig.3 gewickelt und anschließend um eine gerade Faltkante einer Platte gefaltet wurde. Die rechte Spule 3c zeigt die fertig geformte Spule. Die mittlere Darstellung zeigt die Spulen 3b im Formvorgang zur Spule 3c. Dabei wird die Spule im Umfangsbereich durch einen Stempel 20 mit der Kraft F belastet, wobei das Spulenbündel in Umfangsrichtung durch eine Führung 8b eines Rahmens begrenzt wird, so dass sich die Leiter radial verschieben. Die äußersten Windungen im Spulenbündel legen dabei eine Strecke C1 zurück. Die Leiterverschiebung wird durch eine Spulenbegrenzung 8c des Rahmens in radialer Ausdehnung begrenzt, so dass sich die Leiter in Achsnähe U-förmig ausdehnen, was zu einer Spulenbündelweitung von der Spulenbündelbreite A1 zur Spulenbündelbreite A1+B1 führt. Will man eine radiale Ausdehnung der Spule über die Strecke A1 hinaus ganz vermeiden, wird die radiale Spulenbegrenzung 8c längs der Linie E-E angebracht (Beschreibung zu Patentanspruch 22)

Fig.62 zeigt die zu formende Spule 3b im Formkörper 11 auf dem Kern 9 des Körpers sitzend und von den seitlichen Spulenbegrenzungen 8a axial begrenzt. Weiterhin ist der Rahmen 43 mit seiner radialen Spulenbegrenzung 8c (8b) zu sehen. Mit B1 (D1) ist die Spulenbündelbreite in Achsnähe der ungeformten Spule 3b zu sehen. Die Angaben in Klammern gelten für den Schnitt XXXV-XXXV aus Fig.63.

Fig.63 zeigt eine Schnittansicht ähnlich dem in Fig.62 durch den Formkörper 11 entlang der Linie XXXIII-XXXIII

Fig.63 zeigt einen ähnlichen Formungsvorgang wie Fig.61,62 mit dem Unterschied, dass die Spulen 3b bei der Formung im achsnahen Bereich keine radiale Begrenzung 8c durch einen Rahmen erfährt und sich deshalb eine V-förmige Spule bildet. Die Spulenbündelerweiterung D1 ist deshalb hier größer, so dass D1> B1 (Fig.61) ist.

 

Erfinder/ Autor:

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