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

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



Drittes 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 dritte Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 5, ist in Fig.60 dargestellt und wird erreicht durch die Wicklung der Spule als Einzelspule auf einen Wickeldorn oder Wickelkörper, wobei die Spule im wesentlichen lagenweise von innen nach außen gewickelt wird und benachbarte nacheinander gewickelte Windungen einer Lage in unterschiedliche voneinander getrennte Aufnahmebereiche für Windungen (Spulenaufnahmebereiche) gewickelt werden, die im Schnitt gesehen durch einen Rahmen begrenzt werden, wobei sich der Rahmen bevorzugt nur im später sich der Achse oder Welle annähernden Bereich und/oder im späteren Faltbereich der Spule befindet und die Windungen der nächsten Spulenlage auf die gleichen Spulenaufnahmebereiche verteilt werden, so dass die Windungen verschiedener Spulenlagen im jeweiligen Aufnahmebereich der Windungen übereinander zum Liegen kommen, und die Rahmen zwischen den Windungen nach der Wicklung entfernt werden und die Windungen zu einem Spulenbündel zusammengeschoben werden, und vorzugsweise erst anschließend die Spule in die Endform gebogen oder gefaltet wird.
Diese dritte Lösung der Aufgabe hat den Vorteil dass die Windungen benachbarter Spulenaufnahmebereiche durch dieses Verfahren auf einfache Weise gegeneinander verschoben gewickelt werden können, wie Fig.60-1, Abb.1a,2a,1c,2c zeigen. Auch eine Verschiebung innenliegender Windungen in Wickelachsrichtung mit der Absicht die Windungslänge innenliegender Windungen gegenüber äußeren zu vergrößern, ist einfach zu realisieren, wie Fig.60-2, Abb.1b,2b zeigen. Die Schieber beschränken sich in Fig.61-3 allein auf die späteren Umfangs- und achsnahen Bereiche der Spule, so dass bei der Wicklung nach jedem Windungsumlauf einfach der Windungsaufnahmebereich gewechselt werden kann, wie in Fig.60-1 Abb.1b,1c gezeigt wird. In Verbindung mit der zwölften Lösung der Aufgabe, der kreiszyklische Wicklung, wird der Übergang auf einen kleinen Übergangsbereich Ü beschränkt, in dem Schieber einen Schlitz aufweisen durch den die Leiter von einem Windungsaufnahmebereich in den anderen gelangen.
Somit wird das erste und das zweite Problem der Aufgabenstellung hier gelöst. Auch dass der Spulenein- A' und Spulenausgang A'' im Umfangsbereich des Spulenbündels liegt wird durch die Technik der separaten Windungsaufnahmebereiche leicht realisiert, wie Fig.61, Abb.1a,1b,1c zeigen und damit das dritte Problem der Aufgabe gelöst. Die Faltung der Spule aus Fig.60-3 wird gemäß des Verfahrens in Fig.55 vorgenommen. Die Richtung der Schieber und damit die Formung der Spule ist in anderen Weiterbildungen unterschiedlich zu der in Fig.60 gezeigten Weiterbildung angeordnet.

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.

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.

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.60 das Herstellungsverfahren der dritten Lösung der Aufgabe

Fig.60-1 zeigt Schnittansichten des Wickelkörpers aus Fig.60-3 einerseits eine Schnittansicht entlang der Linie XXXI-XXXI (nur oberhalb der Linie B-B und unterhalb der Linie C-C) in den Darstellungen 1a,1c und andererseits eine Schnittansicht des Wickelkörpers aus Fig.60-3 entlang der Linie XXXII-XXXII in der Darstellung 1b

Fig.60-3 zeigt eine prinzipiellen Aufbau der Wicklung in Frontansicht
Fig.60-3 zeigt einen prinzipiellen Aufbau der Wicklung in Frontansicht mit dem Sitz der Schieber im späteren achsnahen und im Umfangsbereich der Wicklung.

Fig.60-1 zeigt die Reihenfolge der Wicklung der Windungen beginnend mit Windung 1. Die Spule 3a ist hier so gewickelt, dass der Spulenanfang A' und das Spulenende A'' am Außenumfang des Spulenbündels liegen. Die Trennschieber 21 sind miteinander verbunden und werden durch Anwendung der Kraft F1 aus der Spule gezogen. Durch die Kräfte F2 wird das Spulenbündel kompakt zusammengeschoben, so wie es in Fig.60-2 ersichtlich ist. Die Schieber S1, S2 in Fig.60-1b regeln für diese Ausgestaltung die Spulenführung in diesem Bereich.

Fig.60-2 zeigt die durch das dritte Lösungsverfahren vorgefertigte noch ungefaltete Spule 3a.
Fig.60-2 zeigt die Spule 3a nach dem die Schieber zwischen den Windungen durch die Kraft F1 entfernt wurden und die Teilspulen durch die Kräfte F2 zusammengeschoben wurden und der seitliche Rahmen entfernt wurde. Im nächsten Schritt wird die Spule, ähnlich wie in Fig.55 gefaltet.

 

Erfinder/ Autor:

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