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

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



Siebentes 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 siebte Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 43 und wird in den Figuren 93 bis 116 gezeigt. Sie erfolgt, indem die Wicklung mit den Spulen über den mittleren magnetischen Körper gewickelt oder zusammengesetzt wird und diesen mindestens teilweise umfasst, und dabei durch Abstand erzeugende Mittel einen Abstand in Bewegungsrichtung der Rotation der elektrischen Maschine zwischen benachbarten und/oder nacheinander gewickelten Spulen, im Umfangsbereich der Wicklung, erzeugt wird.
Im Zusammenhang mit dem Wicklungsprinzip der Wickelvorschriften von Fig.94,96 und Fig.101,102 hat der Abstand der nacheinander gewickelten Spulen im Umfangsbereich den Vorteil, dass die Spulen zumindest im Umfangsbereich der Scheibenbereiche der Spulen zweilagig verlaufen und damit in diesem Bereich eine kurze Luftspaltlänge möglich ist, die wenig Magnetvolumen erfordert, um die nötige Luftspaltinduktion zu erreichen (Fig.97,99). Im Faltbereich der Spule wird sogar eine einschichtige Spulenlage möglich (Fig.100b), welches geringe Kupferverluste bedeutet, da große Bögen der sonst noch äußeren Spulenschicht entfallen. Außerdem kann dieser Spulenbereich gemäß EP99 086 83, Fig.3,5 durch eine Belegung mit magnetischen Polen hocheffizient genutzt werden. Dieses Herstellungsverfahren löst alle Probleme der Aufgabe. Die Spule hat eine große Selbstkühlung, da sie aufgrund ihres siebartigen Aufbaues eine große Kühloberfläche hat, wobei das Sieb auch ein zusätzliches Durchleiten von Kühlmittel zulässt.
Auch bei aus Einzelspulen zusammengesetzten Wicklungen (Fig.112-116) ist der Abstand zwischen den Spulen im Umfangsbereich von großem Nutzen. Hier hat es den Vorteil, dass die Spulen, im Magnetbereich der Maschine der Fig.112, einlagig verlaufen kann, was die Luftspaltlänge gering hält und die Spule im hocheffektiven Umfangsbereich gemäß EP99 086 83, Fig.3,5 vollkommen genutzt werden kann und damit der wirksame Leiteranteil der Spule sehr groß ist. Auch eine Kühlung der Spule durch die Lücken zwischen den Spulenschenkeln im Umfangsbereich ist nun möglich.

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 siebten Lösung der Aufgabe ist in Patentanspruch 44 angegeben.
Sie erfolgt, in dem die Wicklung mit den Spulen über einen Rahmen gewickelt Fig.93,97,99 oder zusammengesetzt (Wicklung ähnlich wie in Fig.112-116) wird, der den inneren magnetischen Körper mindestens teilweise schon umfasst und der Rahmen nach der Fertigstellung der Wicklung in der Wicklung verbleibt und dann Teil der elektrischen Maschine ist. Wobei zum Rahmen gehörend oder auf dem Rahmen Abstand erzeugende Mittel, wie Wickelpfosten, Nuten oder Ähnliches angebracht oder eingeprägt sind, um oder in die die Spulen im Umfangsbereich gewickelt oder gelegt werden und nacheinander gewickelte oder zusammengesetzte Spulen im Umfangsbereich mit Abstand in Bewegungsrichtung der elektrischen Maschine zueinander um oder in die Wicklungshalterungen gelegt werden.

Die Verwendung eines Rahmens hat den Vorteil, dass der Rahmen einerseits Abstandhalter, wie Nuten oder Wickelpfosten enthalten kann, die in der Wicklung verbleiben oder andererseits Abstandhalter, die in den Rahmen oder zwischen Rahmen und mittlerem magnetischen Körper eingefügt werden und nach der Wicklung wieder entnommen werden können. Darüber hinaus ermöglicht eine lückenbehaftete Wicklung im Umfangsbereich das Einfügen von Abstandhaltern zwischen einem umfangsseitigen Rahmen und dem mittleren magnetischen Körper, wobei die Abstandhalter gleichfalls als Wickelpfosten dienen können, die nach der Wicklung wieder entnommen werden. Ein hohlzylindrischer Rahmen kann sehr dünn im Umfangsbereich ausgeführt werden, wenn entsprechend viele axiale Abstandhalter, wie in Fig.93a verwendet werden, was kurze Leiter im Faltbereich zur Folge hat und damit Kupferverluste spart.

Eine Weiterbildung der siebten Lösung der Aufgabe ist in Patentanspruch 45 angegeben und in Fig.93-104 ersichtlich. Hierbei hat die Wicklung eine Form einer Gleichstromwicklung als Wellen- oder Schleifenwicklung mit Spulen, die um einen Wicklungsschritt versetzt zueinander gewickelt werden und sich gegenseitig überlappen, wobei der Rahmen im achsnahen Bereich entweder Haken oder Wickelpfosten enthält oder ergänzt wird durch einen einfach oder mehrfach spiralförmigen Ring um den die Spulen gelegt werden und der Rahmen im Umfangsbereich Nuten oder Wickelpfosten, in die die Spulen mindestens teilweise eingelegt werden oder um die die Spulen laufen, enthält.
Die Nuten oder Wickelpfosten im Umfangsbereich und der spiralförmige Ring haben neben der Realisierung einer Gleichstromwicklung den Vorteil, dass bis in den achsnahen Bereich eine durchgängige Zweischichtwicklung für eine zwei- oder mehrpolige Wicklung ermöglicht wird (Fig.93-96,99,100,104). Der spiralförmige Ring verbleibt entweder in der Wicklung oder er wird anschließend entnommen. Alternativ dazu werden die Spulen im achsnahen Bereich durch einen Haltevorrichtung, wie einen Stempel oder eine Nadel, kurzzeitig bei der Wicklung fixiert.

Bei einer Ausgestaltung dieser Weiterbildung, die Fig.94,95,96 zeigt, verlaufen die Spulen in dem sich der Achse oder Welle annähernden Bereich allgemein V- oder U-förmig, wobei die Spule vom Umfangsbereich kommend mit dem Knie des V's oder U's Richtung Achse oder Welle zeigt. Im Umfangsbereich sind Abstandhalter zwischen den einzelnen Spulen eingebracht und im achsnahen Bereich erfolgt die Wicklung über einen mehrfach spiralförmigen Ring, so dass die Windungen im achsnahen Bereich auf Stoß nebeneinander liegen und die Spulen eine Zweischichtwicklung bilden. Das Wickelschema so einer achtpoligen Wicklung zeigen die Figuren 94,96. Der Rahmen besteht lediglich aus einem hohlzylindrischen Ring, der durch Abstandhalter, wie in Fig.93a,103b oder in Fig.103b-1 zum inneren magnetischen Körper fixiert wird und die gleichzeitig als Abstandhalter zwischen benachbarten Windungen fungieren.
In einer Ausgestaltung dazu verläuft der Rahmen nur in einem sich der Achse annähernden Bereich, wie Fig.108 zeigt oder in einer anderen Ausgestaltung verläuft der Rahmen in beiden dieser Bereiche, wie Fig.97,99 zeigen.

In einer Weiterbildung sind mehrere solcher Wicklungen übereinander gewickelt, so dass eine 4,6 oder 8-schichtige Wicklung entsteht. (keine Figur)

In einer Variante der Fig.93b-1 kann der spiralförmige Ring nach der Wicklung entnommen werden oder auch wie in einer zweiten Variante der Fig.93b, 103,104 in der Wicklung verbleiben.
Hierbei wird vorzugsweise die Wicklung im übrigen Wicklungsbereich außerhalb des Bereichs des spiralförmigen Ringes, zu einer schmalen Zweischichtwicklung gepresst, wie Fig.103 und 104 zeigen. Dazu wird eine Unterlage, hier in Form von Winkeln, im achsnahen Bereich Fig.103a-1 zwischen Wicklung und innerem magnetischen Körper für die Pressphase der Wicklung eingesetzt, wie Fig.103a, 103 zeigen, wobei diese die nach dem Pressvorgang wieder entnommen werden.

Bei einer anderen Ausgestaltung der Weiterbildung, die die Figuren 97 bis 102, 108,109 zeigen, werden die Spulen, axial gesehen, als Sekante über den sich der Achse oder Welle annähernden Bereich gewickelt, wobei nacheinander gewickelte Spulen um einen Wicklungsschritt axial verdreht zueinander liegen und sich im achsnahen Bereich überlappen. Da es, je weiter die Spulen sich dem achsnahen Bereich annähern, zu Mehrfachüberlappungen kommt, die sich jeweils auf einen radialen Bereich beschränken, wird bei der Herstellung der Wicklung die Wicklung entsprechend der Überlappungsbereiche gepresst, wie Fig. 97-100, 108,109 zeigen.
Dieses Herstellungsverfahren ist Inhalt einer in Patentanspruch 57 angegebenen Weiterbildung. Der Pressvorgang ist ähnlich dem der zuvor zur Fig.103 geschildert wurde. Vorteil dieses Pressens ist, dass die Spulenbereiche effizient durch achsnahe magnetische Extra-Pole (Fig.97,98b) genutzt werden können und der umfangsseitige Luftspaltbereich eine gleichmäßige Luftspaltbreite haben kann, wie Fig.97,99 zeigen.

Wie in den Fig.97,99 ersichtlich, besteht eine Weiterbildung darin, dass der Rahmen aus zwei Halbschalen im Umfangsbereich zusammengesetzt wird.

Eine andere Weiterbildung besteht darin, dass die Spulen in sich abwechselnde Nuten von vorzugsweise unterschiedlicher Tiefe im Umfangsbereich gelegt werden, wie Fig.97a, 98a zeigen, wobei nacheinander gewickelte Spulen in jede zweite Nut gelegt werden, und dass durch diese Anordnung die Leiter eine 100% Flächenbelegung des Umfangsbereiches erreicht wird, wie Fig.98a-1 zeigt.

Bei einer Weiterbildung der siebten Lösung der Aufgabe, die in Patentanspruch 49 angegeben ist werden Einzelspulen über einen mittleren magnetischen Körper geschoben und zu einer Wicklung zusammengesetzt.
In einer Ausgestaltung der Weiterbildung wird die Hälfte der Spulen über die andere Hälfte der Spulen axial verdreht zueinander gestülpt, wobei die letzteren Spulen im achsnahen Bereich die ersteren Spulen umgeben, wie Fig.113 zeigt, und deshalb vorher im achsnahen Bereich durch Formung aufgebogen werden. Dies ermöglicht eine Einschichtwicklung im Luftspaltbereich.
Bei einer anderen Ausgestaltung der Weiterbildung werden die Spulen staffelförmig zu einer Zweischichtwicklung übereinander gestülpt, so dass ein Spulenschenkelpaar einer Spule in einer Schicht liegt und das andere Spulenschenkelpaar in der anderen Schicht, wie Fig.12,13 in EP99 08683 zeigt. Dazu wird jede Spule im Bereich eines Spulenschenkelpaars entweder aufgeweitet oder gepresst.
Dieses Zusammensetzen der Spulen erfolgt in einer Weiterbildung über einen Rahmen in Verbindung mit der siebten oder der neunten Lösung der Aufgabe.

Bei einer anderen Weiterbildung der siebten bis zehnten Lösung der Aufgabe, die in Anspruch 50 angegeben ist, wird die Wicklung über einen Rahmen gewickelt oder die Spulen der Wicklung über ihm zusammengesetzt der glockenförmig im Umfangsbereich und in einem sich der Achse annähernden Bereich verläuft, was Fig.108 zeigt. Dabei wird der mittlere magnetische Körper axial um eine Luftspaltbreite verschoben und bildet, in dieser Position während der Fertigstellung der Wicklung fixiert, auf diese Weise, in dem den Rahmen gegenüberliegenden Bereich, die Grenze für die Wicklung. Dies hat den Vorteil, dass man einen scheibenförmigen Rahmen spart und der Luftspalt dort kürzer wird. Nach Fertigstellung der Wicklung wird die Fixierung des mittleren magnetischen Körpers entnommen und er wird wieder in die mittlere Position zwischen den Spulenschenkeln gebracht (Fig.109), die er auch nach der Fertigstellung der Maschine inne hat.

Bei einer anderen Weiterbildung der siebten bis zehnten Lösung der Aufgabe, die in Patentanspruch 45,46 angegeben ist, werden die Spulen allgemein V-förmig um den Rahmen und mittleren magnetischen Körper gewickelt Fig.93 und werden vom Umfangsbereich kommend Richtung Achse verlaufend gewickelt und im achsnahen Bereich im Knie des V's für die Leiterumkehr durch eine kurzfristig eingreifende Wickelnadel (keine Figur) oder einen Stempel (Fig.110,105-107) fixiert und von da aus Richtung Umfangsbereich und um diesen herum verlegt bis in den gegenüberliegenden anderen achsnahen Bereich, wo ebenfalls eine derartige kurze Fixierung stattfindet, wobei die erste Fixierung gelöst wird und die Fixiervorrichtung bereit gestellt wird, für die nächste Fixierung des V's der nun folgenden Spule usw.
Dies hat den Vorteil, dass im achsnahen Bereich keine Wickelvorrichtung, wie ein Spiralring oder Wickelpfosten verbleiben und die Spule bis zum Knie des V's gleichmäßig zweischichtig bleibt.

Eine Weiterbildung der siebten Lösung der Aufgabe ist in Patentanspruch 49 angegeben und in Fig.113 gezeigt. Hierbei handelt es sich um eine Einschichtwicklung im Luftspaltbereich, wie in Fig.112 ersichtlich. Dazu wird die Spule, die über die andere gestülpt wird im achsnahen Bereich durch Formung aufgeweitet hergestellt.
Das hat den Vorteil, dass mit Ausnahme des achsnahen Bereiches, also auch der Faltbereich durch eine einschichtige Wicklung belegt ist, was zu einer hohen Flächen- und Volumennutzung führt und den Umfangsbereich ebenfalls mit Idealbedingungen nutzbar macht.
Eine Ausgestaltung der Weiterbildung ist in Fig.113 dargestellt, bei der die Wicklung zu zwei Halbschalen separat vergossen wird und diese im nächsten Fertigungsschritt über den mittleren magnetischen Körper gestülpt werden, wobei zwei gegenüberliegende Freiplätze für Spulen durch Spulen die außenseitigen Spulenschenkel der Halbschalen diese verbindend gestülpt und ausschließlich mit den Halbschalen verklebt oder vergossen werden.
Dies hat den Vorteil, dass Halbschalen mit innenliegender Fixierscheibe ohne den mittleren magnetischen Körper dafür nutzen zu müssen, vergossen werden können, die anschließend herausgenommen wird und nur im letzten Arbeitsgang die beiden letzten Spulen eingesetzt und verklebt werden, wobei sie dann den mittleren magnetischen Körper umfassen.

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.

Eine Weiterbildung der siebten bis neunten Lösung der Aufgabe ist im Patentanspruch 56 angegeben und zeigt Fig.117,118. Hierbei handelt es sich um den Zusammenbau einer Wicklung Fig.117 mit einseitiger axialer Annäherung (Glockenform). Dies ermöglicht die Herstellung der Wicklung ohne dass der mittlere magnetische Körper dabei umfasst wird, nach dem Herstellungsverfahren der siebten bis neunten Lösung der Aufgabe. Anschließend wird der mittlere magnetische Körper (Teil 1), der auf einer Hohlachse sitzt, in den glockenförmigen Körper (Teil 2) eingeführt (Fig.117a), wobei die Hohlachse durch die Wicklung im Bereich der Achsannäherung ragt. Auf diesen Teil der Hohlachse wird nun der dem mittleren magnetischen Körper axial gegebenüberliegende scheibenförmige Körper (Teil 3) der selbst auf einer Hohlachse sitzt, die die Lagerschale für das erste Lager bildet, passgenau aufgeschoben, so dass die Spule im dazwischen liegenden Luftspalt frei beweglich ist (Fig.117b). Anschließend wird das Teil 4 mit der die Welle und dem darauf sitzenden zweiten Lager sowie der scheibenförmigen Trägerplatte der Spule auf der der Kollektor angebracht ist, in die Hohlwelle mit den darin sitzenden ersten Lager eingesetzt und die Spule mit der scheibenförmigen Trägerscheibe fest verbunden. Die Leiterzuführungen werden mit dem Kollektor verbunden und anschließend das hohlzylindrische Gehäuse über den ganzen Körper geschoben und mit dem Teil 3 fest verbunden. Auf der noch offenen Stirnseite wird ein zweiter, dem inneren magnetischen Körper axial gegenüberliegender, magnetischer Körper, der die Bürsten des Kollektors trägt, in das mantelförmige Gehäuse eingesetzt und mit diesem fest verbunden.
Dies ermöglicht die Herstellung von hocheffizienten Glockenläufern mit einseitiger axialer Spulenannäherung und trotzdem einfacher axialer Montage, was auch der Vorteil von herkömmlichen Glockenläufern ist.
In einer Variante liegt der sich der Achse oder Welle annähernde Bereich der Glockenwicklung auf der gleichen Seite wie die Kommutierung. Die Wicklung ist im Bereich der Achsannäherung entweder selbsttragend oder durch einen glockenförmigen Rahmen gestützt. Die Montage dieses Glockenläufers entspricht der Montage eines herkömmlichen Glockenläufers, da hier nur die Wicklungsträgerscheibe durch die Wicklung und gegebenen Falls ergänzt durch einen Rahmen ersetzt wird. (keine Figur)




2. Figuren

Gleiche Bauteile haben in allen Figuren gleiche Bezugszahlen.

Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand einer Zeichnung beschrieben.


Fig.93-96 zeigen ein Herstellungsverfahren der siebten und neunten Lösung der Aufgabe

Fig.93 zeigt eine Seitenansicht einer Wicklung des Wickelschemas der Fig.94,95

Fig.93 zeigt eine Seitenansicht der Wicklung in Fig.104 und der zweischichtigen, achtpoligen Gleichstromwicklung des Wickelschemas der Fig.94,96. Ein Wicklungsumlauf ist wie auch in Fig.94,96 fett hervorgehoben. Im achsnahen Bereich sind die Windungen um einen vierfach spiralförmigen Ring 42 gewickelt, der verschieden ausgeführt werden kann. Eine Ausführung ist in der Detailzeichnung Fig.93b zu sehen, der aufgrund des Wicklungsführungshakens an seinem Ende für den Verbleib in der Wicklung bestimmt ist.

Fig.93a zeigt eine Detaildarstellung aus Fig.93 und zeigt den Wicklungsverlauf im Umfangsbereich, wobei zwischen hohlzylindrischem Rahmen 43 (58) und mittlerem magnetischem Körper 25 Abstandshalter 44 in Form von seitlich durchgesteckten Pfosten 44a (siehe auch Fig.103b) eingebracht sind. Fig.93a-1 zeigt eine Detaildarstellung aus Fig.93a

Fig.93a-1 zeigt dass der mittlere magnetische Körper 25 und/oder der Innenrand des Hohlzylinders 58 (43) zur Fixierung der Abstandhalter 44 leicht genutet ausgeführt sein kann. In dieser Ausgestaltung ist es der mittlere magnetische Körper 25, der Nuten am Außenumfang trägt. Die Leiter sind zur Veranschaulichung durchsichtig dargestellt.

Fig.93b zeigt in einer Detaildarstellung aus Fig.93


Fig.93b-1 zeigt eine Variante der Detaildarstellung von Fig.93b

Fig.93b-1 zeigt in einer Detailzeichnung eine Ausführung des spiralförmigen Ringes 42, der nach Fertigstellung aus der Wicklung gedreht und entnommen wird.

Fig.94,96 zeigen das Wickelschema der Wicklung von Fig.93

Fig.94,96 zeigen das Wickelschema der Wicklung von Fig.93 mit einem fett eingezeichnetem Wicklungsumlauf, der auch in Fig.93 sichtbar ist und eingezeichnete Pole 28 und den Stromverlauf in den Spulen.

Fig.95 zeigt ein Detail der Fig.93,96

Fig.95 zeigt den vierfach spiralförmigen Ring 42 der Fig.94,96 mit der Kennzeichnung (schraffiert) eines Spiralarmes und die angedeuteten Spulen 3.

Fig.97,98 zeigen ein Herstellungsverfahren einer zweipoligen Gleichstromwicklung nach der siebten Lösung der Aufgabe
Fig.97 zeigt einen Schnitt durch den prinzipiellen Aufbau so einer Maschine entlang der Linie XXXXII-XXXXII

Fig.97 zeigt eine Spule 3, die über einen Rahmen 43, der den mittleren magnetischen Körper 25 vollständig umgibt, mit der Wickelvorschrift von Fig.101,102 gewickelt ist. Der Rahmen (43) ist aus zwei Halbschalen zusammengesetzt, wie in Fig.97a deutlicher zu sehen ist. Die Spulen (3) sind im Umfangsbereich der Nuten 54 eingelegt, wie Fig.97a,98a-1 zeigen. Die Welle 31 mit den Lagern 32 sind hier nur in ihren Funktionen angedeutet.

Fig.98 zeigt die Wicklung von Fig.97 im Schnitt entlang der Linie XXXXI-XXXXI ohne Darstellung der Spulenhalterung

Fig.98 Die einzelnen Leiter wurden durchscheinend gezeichnet, was die Zahl der Überlappungen der Leiter verdeutlicht. Der Verlauf eines Leiters wurde Fett hervorgehoben, so wie in Fig.98a, 98b. Die Polaufteilung ist in Fig.98b gezeigt und in Fig.98 angedeutet. Hier wird auch deutlich, dass dicke Magnete in Achsnähe investiert werden können, da die Magnetfläche klein und damit das Magnetvolumen gering ist.

Fig.99,100 zeigen ein Herstellungsverfahren einer zweipoligen Gleichstromwicklung nach der siebten Lösung der Aufgabe
Fig.99,100
zeigen ein Herstellungsverfahren einer zweipoligen Gleichstromwicklung, die wie jede Gleichstromwicklung als Drehstromwicklung geschaltet werden kann, in dem die Wicklung in drei Teile aufgeteilt wird, die in Dreieck oder Stern geschaltet werden.

Fig.99 zeigt den Schnitt durch den prinzipiellen Aufbau so einer Maschine entlang der Linie XXXXIV-XXXXIV

Fig.99 zeigt eine andere Möglichkeit der Ausgestaltung gegenüber Fig.97, bei der die Welle 31 in der Lagerung 32 nur angedeutet, aber mit dem Rahmen der Wicklung fest verbunden ist. Die Spule 3 ist über einen Rahmen 43, der den mittleren magnetischen Körper 25 vollständig umgibt mit der Wickelvorschrift von Fig.101,102 gewickelt. Der Rahmen ist aus zwei Halbschalen zusammengesetzt, wie in Fig.99a deutlich zu sehen ist. Im Umfangsbereich sind die Spulen zwischen Wickelpfosten 46 gewickelt alternativ zu Nuten der Fig.97a, 98a-1.

Fig.100 zeigt die Wicklung von Fig.99 im Schnitt entlang der Linie XXXXIII-XXXXIII ohne die Wicklung zu schneiden
Fig.100a die Polteilung der Maschine aus Fig.99-100
Fig.100a zeigt die Polteilung, die in Fig.100 nur angedeutet wurde.

Fig.100 zeigt die Zahl der Überlappungen der Leiter, was durch die durchscheinend gezeichnet einzelnen Leiter, verdeutlicht wird. Der Verlauf eines Leiters ist fett hervorgehoben, so wie auch in Fig.100a,b.

Fig.101,102 zeigen die Wickelvorschrift der zweipoligen Wicklung der Fig.97 bis 100

Fig.103,104 zeigen ein Herstellungsverfahren einer mehrpoligen zweischichtigen Gleichstromwicklung der Fig.93-96 nach der siebten und neunten Lösung der Aufgabe
Fig.103,Fig.104 zeigen jeweils den Querschnitt durch die Wicklung der Fig.93 während der Wicklung entlang der Linie XXXX-XXXX, ohne den Schnitt der Leiter

Fig.103,104 zeigen ein Herstellungsverfahren einer mehrpoligen zweischichtigen Gleichstromwicklung der Fig.93-96, wobei die Spulen 3 im Umfangsbereich über einen hohlzylindrischen Rahmen 43 gewickelt werden, der durch Abstandshalter 44 in Form von axial eingeschobenen Stiften 44a zum mittleren magnetischen Körper 25 fixiert wird. Eine Variante der Abstandshalter sind radial eingesetzte Abstandshalter 44b, wie Schrauben (Fig.103b-1) oder Arretierstifte (Fig.103b-2). Im achsnahen Bereich ist die Spule über einen vierfach spiralförmigen Ring 42 gewickelt, wie auch in Fig.93,93b,93b-1,95,96.
Während oder nach der Wicklung pressen axial angreifende Stempel 20 oder Spulenbündelpresser 24 (Fig.103) die Wicklung mit der Kraft F1 zu einer Zweischichtwicklung (Fig.104), wobei Unterlegwinkel 47 eingesetzt werden, um den Abstand der Spule 3 zum mittleren Körper 25 einzuhalten. Der spiralförmige Ring 42 bleibt in diesem Fall in der Wicklung. In einer anderen Weiterbildung wird der spiralförmige Ring 42 aus Fig.93b-1 aus der Wicklung entnommen und die Spule ähnlich wie in Fig.105 durch die mit der Kraft F1 axial angreifenden Stempel 20 (24) zu einer durchgängigen Zweischichtspule gepresst.

Fig.103a zeigt den spiralförmigen Ring 42 und den Einsatz des Abstandwinkels 47 aus Fig.103 in der Draufsicht
Fig.103a-1 zeigt die vier Abstandswinkel 47 aus Fig.103 in der Draufsicht

Fig.103b zeigt den Umfangsbereich der Fig.103 vergrößert

Fig.103b-1 zeigt zu Fig.103b zwei alternative Abstandhalter 44b statt des Abstandhalters 44a in Fig.103b
Fig.103b-2 zeigt einen alternativen Abstandhalter in drei Ansichten

Fig.106,107 zeigen ein Herstellungsverfahren der siebten und zehnten Lösung der Aufgabe in einer Schnittdarstellung, ähnlich dem in Fig.103, einer zweischichtigen Gleichstromwicklung
Fig.106 zeigt den Querschnitt während der Wicklung
Fig.107
zeigt den Querschnitt nach Abschluss der Wicklung

Fig.106a zeigt ein Detail der Fig.106 vergrößert
Fig.106b zeigt ein Detail der Fig.106 vergrößert
Fig.106c zeigt ein alternatives Detail des Details in der Fig.106a
Fig.107a zeigt ein Detail der Fig.107 vergrößert
Fig.107b zeigt ein Detail der Fig.107 vergrößert

Fig.106,107 zeigen ein Herstellungsverfahren in Schnittdarstellungen eines mittleren magnetischen Körpers 25, der als Wickelkörper eingesetzt wird und axial in zwei Scheibenkörper 25a,25b geteilt ist, die für die Bewicklung um die doppelte mechanische Luftspaltlänge 36 axial in Fig.106 auseinander bewegt sind. In diesem Fall im Unterschied zu Fig.105 sind die Scheibenkörper 25a,b in Achsnähe durch eine Passung 56 verbunden und deren Abstand zueinander wird durch Gewindeschrauben (Fig.106b,107b) fixiert in Verbindung mit radial zwischen die Scheiben 25a,b eingreifenden Abstandhaltern 44b. Die Abstandhalter sind in dafür vorgesehene Schlitze Fig.106a in die Scheibenkörper eingelassen und fixieren den Rahmen 43, der ein hohlzylindrischer Körper 58, der im Querschnitt ein Brückenprofil zeigt, wobei die axial außenseitig liegenden Brückenpfeiler auf dem Umfang der Scheibenkörper 25a,b während der Bewicklung aufliegen (Fig.106a). Die Bewicklung funktioniert ähnlich wie zu Fig.105 erläutert. Fig.106c zeigt einen kammförmigen Abstandhalter 44c, der alternativ für den eingesetzten Schieber 44b (Fig.106a) und die Schraubenfixierung aus Fig.106b in den Umfangsbereich radial eingesetzt wird.
Fig.107
zeigt das Herstellungsverfahren aus Fig.106 nach Abschluss der Wicklung, wobei die Abstandshalter 44b in Form von radial eingreifenden Schiebern aus der Wicklung entnommen werden. (Fig.107a). Die beiden Scheibenkörper 25a,25b werden zu dem mittleren magnetischen Körper 25 zusammengeschoben oder -gedreht. In diesem Fall geschieht das durch Anziehen der Schrauben in Fig.107b.

Fig.108,109 zeigen ein Herstellungsverfahren der siebten und neunten Lösung der Aufgabe anhand von Schnittzeichnungen, ähnlich dem in Fig.103 einer zweischichtigen Gleichstromwicklung
Fig.108 zeigt den Querschnitt während der Wicklung
Fig.109 zeigt den Querschnitt nach der Wicklung

Fig.108,109 zeigen ein Herstellungsverfahren in Schnittzeichnungen eines mittleren magnetischen Körpers 25, der während der Wicklung als Teil des Wickelkörpers dient. Die Wicklung 3 wird um einen Rahmen 43 (Fig.108a), der eine glockenförmige Form aufweist gewickelt, wobei die Begrenzung der Wicklung einerseits durch den Rahmen und andererseits durch den axial verschobenen mittleren magnetischen Körper 25 gebildet wird. Der Rahmen 43 und der mittlere magnetische Körper werden durch axial eingeschobene Abstandshalter 44a zueinander während der Wicklung fixiert (Fig.108a), die nach der Wicklung wieder entnommen werden (Fig.109a). Nach oder während der Wicklung wird die Wicklung durch axial angreifende Stempel mit der Kraft F1 in Form gepresst, so dass sich gleichmäßige Spulenbereiche abzeichnen, die der Anzahl der übereinander liegenden Spulenlagen entsprechen. Die Wicklung entspricht der aus Fig.97,98.

Fig.110 zeigt ein Herstellungsverfahren der neunten und zehnten Lösung der Aufgabe einer Gleichstromwicklung anhand einer Schnittzeichnung durch einen mittleren magnetischen Körper 25, ähnlich dem in Fig.103
Fig.110a zeigt ein Detail der Fig.110 vergrößert

Fig.110 zeigt ein Herstellungsverfahren einer Gleichstromwicklung anhand einer Schnittzeichnung durch einen mittleren magnetischen Körper 25, der axial geteilt ausgeführt ist und die Wicklung über einen Rahmen 43 in Form eines Hohlzylinders 58 erfolgt, sowie über die axial auseinandergeschobenen Scheibenkörper 25a,b. Im Umfangsbereich werden die hohlzylindrischen Rahmen 43 und die Scheiben 25a,b durch axial eingeschobene Abstandshalter 44a in Form von Stiften zueinander fixiert, so wie im achsnahen Bereich durch axial eingeschobene oder schlüsselförmige Abstandshalter 44c der Fig.110b. Alternativ dazu können auch die kammförmigen Abstandshalter von Fig.106c eingesetzt werden. Eine andere Alternative für den Einsatz eines der gezeigten hohlzylindrischen Rahmen, zeigt Fig.111, wobei der dort gezeigte hohlzylindrische Rahmen ein T-Profil hat und aus einem sich verflüchtigenden Material besteht, wie Wachs oder Eis, welches sich durch Erwärmen oder durch eine chemische Reaktion nach der Wicklung aus der Wicklung verflüchtigt, so dass die Scheiben 25a,25b dadurch zum mittleren magnetischen Körper 25 zusammengeschoben werden können und im Umfangsbereich ein Luftspalt zwischen mittlerem magnetischen Körper und Wicklung verbleibt.

Fig.112,113 zeigen ein Herstellungsverfahren der siebten Lösung der Aufgabe zum Zusammensetzen und vergießen einer Wicklung mit Einzelspulen 3, die sich gegenseitig überlappen in zwei Ansichten
Fig.112 zeigt die fertige Maschine im Querschnitt

Fig.112 zeigt die fertige Maschine im Querschnitt. Die Spulen 3 sind um den mittleren magnetischen Körper 25 herumgefaltet und überlappen sich gegenseitig im achsnahen Bereich der von den magnetischen Polen 28 ausgespart ist. Die Spule verläuft in den beiden Luftspaltabschnitten 36',36'' und ist umfangsseitig mit dem Gehäuse verbunden. Der Rückschluss der magnetischen Pole und der mittlere magnetische Körper sind fest mit der Welle verbunden.

Fig.113 zeigt die Herstellung der Wicklung im Prinzip in der Schnittansicht der Linie XXXXV-XXXXV in Fig.112

Fig.113 Die Wicklungen wurde zu zwei Halbkreiswicklungen vergossen, die im ersten Schritt um den mittleren magnetischen Körper 25 radial gesteckt werden und im zweiten Schritt durch zwei Einzelspulen miteinander verbunden werden, die dann insgesamt im noch offenen Scheibenbereich miteinander vergossen oder verklebt werden, was hier nicht gezeigt wird. Die außen überlappenden Spulen sind im axialen Bereich aufgeweitet geformt.

Fig.114 bis 116 zeigen ein anderes Herstellungsverfahren der siebten Lösung der Aufgabe der Wicklung der Fig.112
Fig.114 zeigt einen Zentrierkörper 49 in einem Querschnitt während eines ersten Fertigungsschrittes

Fig.115 zeigt einen Zentrierkörper 49 in einem Querschnitt während des zweiten Fertigungsschrittes nach dem von Fig.114

Fig.114 zeigt einen Zentrierkörper 49, in dem die Spulen 3, die den mittleren magnetischen Körper 25 umgeben, zentriert und ausgerichtet werden. Der mittlere magnetische Körper 25 wird durch eine Vorrichtung mit der Kraft F gegen die obere Innenseite der Spule und einen Vergussrahmen 50 gedrückt. Die obere Spulenschicht ist gemäß der Draufsicht in Fig.116 schon vergossen.
Fig.115 zeigt den nächsten Fertigungsschritt nach dem von Fig.114, wobei die andere Seite der Spulen miteinander vergossen werden. Der Vorgang ist der gleiche wie in Fig.114, so wie auch die Draufsicht in Fig.116.

Fig.116 die Draufsicht auf die vergossenen Spulen der Fig.114 oder Fig.115

Fig.116 zeigt die Draufsicht auf die vergossenen Spulen der Fig.114, wobei die Vergussmasse 48 durch einen Rahmen 50 begrenzt wird.


 

Erfinder/ Autor:

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