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

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



Viertes 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 vierte Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 6, ist in Fig.79 bis 84 dargestellt, und erfolgt in dem die Wicklung auf einem Wickeldorn vorgenommen wird, der zwei Spulenaufnahmebereiche für die Wicklung bereit hält, deren Grenzwand mindestens an einer Stelle zur Überleitung des ununterbrochenen Leiters unterbrochen ist, und die Wicklung der Spulen in beiden Spulenaufnahmebereichen zunächst von innen nach außen gegensinnig mit ununterbrochenem Draht erfolgt. Danach wird die Grenzwand zwischen den entstandenen Teilspulen entfernt und die Teilspulen in dem ersten Spulenaufnahmebereich zusammengefasst (-geschoben) und diese erste Gesamtspule ist von dem nun wieder leeren zweiten Spulenaufnahmebereich wie zuvor getrennt. In dem zweiten Spulenaufnahmebereich wird nun eine weitere Teilspule von außen nach innen mit Hilfe von in den Spulenraum eingreifenden Haken und/oder Schiebern gewickelt, wonach die neue Teilspule zur restlichen schon bestehenden ersten Gesamtspule räumlich zu einer neuen Gesamtspule zugefügt wird, und in dem erneut leeren, abgetrennten zweiten Spulenaufnahmebereich wird nun eine weitere Teilspule von innen nach außen gewickelt und anschließend zur neuen Gesamtspule zusammengefasst u.s.w..
In einer Variante dazu gibt es mehr als zwei Spulenaufnahmebereiche, die jeweils durch einen Trennschieber voneinander abgegrenzt sind. Die Teilspulen werden in jedem Spulenaufnahmebereich separat nacheinander mit einem durchgehenden Draht in der Weise, wie beschrieben gewickelt, nur dass die Teilspulen erst ganz zum Schluss, wenn die Trennschieber zwischen den Spulenaufnahmebereichen (ähnlich der Fig.60) entfernt wurden, zu einem Spulenbündel zusammengeschoben oder gepresst werden.
Dieses Herstellungsverfahren in seinen beiden Varianten wird in Verbindung mit Wickelkörpern eingesetzt, die die Spule entweder in einer Ebene wickeln und somit ähnlich aufgebaut sind wie die in Fig.1,2,60,50,57 oder die die Spule sofort in die gebogene oder gefaltete Endform wickeln.
Vorteil dieses Verfahrens ist es, dass eine Spule auf einfache Weise maschinell hergestellt werden kann, die eine Verschiebung der Spulenlagen zueinander in jeder gewünschten Richtung zulässt, ähnlich wie in Fig.60 die Windungsaufnahmebereiche. Außerdem ist eine einfache Herstellung einer lagenweise linksgängigen und rechtsgängigen Spiralwicklung vorzugsweise kreiszyklischen Wicklung möglich, die auch ihren Spuleneingang und Spulenausgang im Umfangsbereich des Spulenbündels hat. Somit sind die drei genannten Probleme der Aufgabenstellung gelöst.

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 vierten Lösung der Aufgabe ist in Fig.79,80,81,83 gezeigt und besteht in Varianten der Wicklung der Spule von außen nach innen und ist ein Teil dieser Figuren.

In einer Variante werden die Fig.79,82,83 zeitweise als Treppe angeordneten Schieber ersetzt durch einen Treppenschieber aus Fig.81 oder in einer zweiten Variante durch einen "Roll" Treppenschieber der Fig.84a,84b, dessen Anwendung in Fig.80 gezeigt wird. Für die Herstellung dieser Ausgestaltung der Variante muss Fig.80 nur durch den Trennschieber, wie in Fig.79 eingesetzt, ergänzt werden. Der Trennschieber der Fig.83 ist hier ausgelegt für einen schmalen, rechteckigen Kern des Wickelkörpers.

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.79-84 zeigen Ausgestaltungen der Herstellungsverfahren der vierten Lösung der Aufgabe

Fig.79-84 zeigen ein Herstellungsverfahren von Spulen, im Schnitt des Spulenbündels, deren Spulenlagen spiralförmig oder bevorzugt kreiszyklisch verlaufen
Fig.79-84 zeigt Herstellungsverfahren von Spulen im Schnitt des Spulenbündels, deren Spulenlagen spiralförmig oder vorzugsweise kreiszyklisch verlaufen und abwechselnd vom Spuleninneren nach außen und dann vom Spulenäußeren nach innen gewickelt werden. Hier ist vorzugsweise der Spulenanfang A' mit einem durchgängigen Draht gewickelt, bei dem zwei Teilspulen gegensinnig zueinander von innen nach außen gewickelt werden (Fig.79-(1), Fig.84-(16,17)).

Fig.79 zeigt an sieben Wickelschritten so ein Spulenherstellungsverfahren

Fig.79 zeigt an sieben Wickelschritten so ein Spulenherstellungsverfahren, wobei in Abbildung 1,2 und in Abb.6,7 die Wicklung von Teilspulen von innen nach außen gezeigt wird. Die Wicklung einer Teilspule von außen nach innen ist in Abb.3-5 zu sehen.
Eine Besonderheit dieser Wickelmethode, die auch die Grundlage der vierten Lösung der Aufgabe bildet ist die Verwendung eines Trennschiebers 21, der zunächst als parzielle Trennwand zwischen zwei Spulen dient, von denen mindestens eine gerade neu gewickelt wird. Nach Fertigstellung der neu gewickelten Teilspulen wird der Trennschieber 21 aus dem Wickelraum entfernt und die Teilspulen zusammengeschoben mit einem seitlich eingreifenden Spulenbündelpresser 24.
Eine weitere Besonderheit ist die Wicklung der Teilspule von außen nach innen, wofür hier treppenförmig angeordnete Schieber 23b eingesetzt werden.

Fig.80 zeigt den Einsatz eines Treppenschiebers in einem Spulenherstellungsverfahren von Fig.79

Fig.80 zeigt den Einsatz eines Treppenschiebers 23c der Fig.83a,b, der bei der Wicklung einer dreilagigen Spule für die Wicklung einer Teilspule vom Spulenäußeren nach innen eingesetzt wird (Abb.1-4) und darüber hinaus als Wickelgrenze bei der Wicklung von außen nach innen dient (Abb.5).

Fig.81,82,83,84 zeigt verschiedene Treppenschieber

Fig.81 zeigt einen Treppenschieber 23b, der wie eine kompakte Treppe aufgebaut ist und die einen einzigen Schieber bildet.

Fig.82 zeigt einen Treppenschieber 23b, der aus einzelnen unabhängig voneinander bewegbaren Schiebern gebildet wird und in Fig.79 eingesetzt wird.

Fig.83 zeigt den Schieber 21 und einen Treppenschieber in einer Seitenansicht, wobei dieser der Treppenschieber 23a oder 23b oder 23c der Fig.81,82,84 sein kann.

Fig.84a,84b zeigt einen Treppenschieber 23c, dessen Stufen nach dem Vorbild einer Rolltreppe auf eine Ebene zusammenschiebbar sind, dessen Einsatz in Fig.80 gezeigt ist.



Erfinder/ Autor:

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