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6. Deutsche Patentanmeldung: DE 103 51 815
Elektrische Spule mit einseitig zum Spulenbündel
liegendem Stromeingang und Stromausgang und deren Herstellungsverfahren
(Erweiterte Patentanmeldung v. 26.02.03 (DE 102 085 66
A1) innerhalb des Prioritätsjahres unter Berücksichtigung des
Prüfungsbescheides)
Die Erfindung betrifft elektrische Spulen mit mehreren in Reihe geschalteten
Windungen für elektrische Maschinen, die zur Energieumsetzung zwischen
mechanischer und elektrischer Energie verwendet werden. Dies gilt für
Spulen, die in Nuten eines Eisenblechpaketes eingelegt sind sowie für
Luftspulen.
Hier handelt es sich um geschlossene zweipolige Spulen, die separat oder
innerhalb einer Wicklung mit anderen Spulen verwendet werden, wobei eine
zweipolige geschlossene Spule mit mehreren Windungen im folgenden als
Einzelspule bezeichnet wird.
Zweipolige Spulen sind Spulen, die sich gleichzeitig im Wirkungsbereich
beider magnetischer Pole befinden, im Gegensatz zu einer Ringspule (Spule
z.B. einer Ringwicklung). Oder anders gesagt, handelt es sich um Spulen,
deren Spulenseiten in Bewegungsrichtung versetzt zueinander liegen, wobei
die Spulenseiten durch Wickelkopfleiter oder vorwiegend unwirksame Leiter,
oder im Falle von Schrägleitern, direkt zu einer Spule verbunden
sind. Die Spulenseiten dieser Spulen werden im Falle von Luftspulen von
einem Feld entgegengesetzter Polarität durchdrungen oder im Falle
von in Nuten eingelegten Spulenseiten mit einem Feld entgegengesetzter
Polarität gekoppelt und letztendlich auf dem Umweg über das
Eisen auch durchdrungen.
Die Erfindung bezieht sich sowohl auf linear als auch auf rotierend arbeitende
Maschinen.
Bekannt sind Spulen als geschlossene Einzelspulen, die mit Leiterdraht
mit mehreren Windungen gewickelt sind.
Diese Spulen werden auf einem Wickeldorn lagenweise vom Spuleninnern zum
Spulenäußeren gewickelt, wobei die Wicklung der einzelnen Spulenlagen
in Richtung Spulenachse nebeneinander liegen und die einzelnen Lagen ineinander
verzahnt sind. Diese Spulen haben den Nachteil, dass der Spulenanfang
im innern der Spule liegt und das Spulenende am Außenumfang, so
dass wenn mehrere Spulen miteinander verbunden werden sollen, der Leiter
vom Spuleninnern nach außen quer über das Spulenbündel
geleitet werden muss. Dies erhöht den Luftspalt und kostet zusätzliche
und lange Verbindungsleiter, die die Kupferverluste erhöhen.
Außerdem sind derart gewickelte Spulen ungeeignet, um daraus im
Schnitt quer zur Bewegungsrichtung gebogen oder gefaltete Spulen herzustellen.
Denn wenn solche Spulen zunächst in einer Ebene gewickelt und anschließend
gefaltet werden, weitet sich das Spulenbündel in Luftspaltrichtung
unkontrolliert auf, da die Windungen aus der Verzahnung der benachbarten
Spulenlagen ausbrechen müssen, um aneinander vorbeizugleiten, um
die unterschiedlichen Biegeradien der in Richtung Spulenachse benachbarter
Windungen auszugleichen. Auf diese Weise verschieben sich die Spulenwindungen
nicht nur gegenseitig, sondern in den einzelnen Windungen entstehen auch
Deformierungen da benachbarte Windungen einer Spulenlage, die ursprünglich
die gleiche Windungslänge hatten und direkt miteinander verbunden
sind, jetzt aber unterschiedlichen Biegeradien unterliegen und sich so
spiralförmig gegeneinander verschieben.
Darüber hinaus werden drahtgewickelte Einzelspulen in Mehrphasenwicklungen
von Trommelmaschinen verwendet, bei denen sich benachbarte Einzelspulen
zu einer Einschichtwicklung im Luftspalt überlappen. Dies macht einerseits
ein Biegen um die Trommel in Bewegungsrichtung und andererseits ein Biegen
oder Falten der Wickelköpfe im Schnitt quer zur Bewegungsrichtung
notwendig, wobei die zuvor beschriebenen Deformierungen entstehen. Dies
weitet die Spulenbündel und Wickelköpfe auf, wodurch zusätzlicher
Raumbedarf entsteht und die Wickelköpfe großzügig außerhalb
des Luftspaltes geführt werden müssen, damit trotz der Verschiebung
der Wicklungslagen ein überlappen benachbarter Einzelspulen gewährleistet
ist und die Wicklung einschichtig im Luftspalt liegen kann.
Bekannt sind auch geschlossene Einzel-Flachspulen, die durch Ätzen
(galvanisch), Ausstanzen oder Ausfräsen oder ähnliches hergestellt
und spiralförmig aufgebaut sind. Solche Einzelspulen werden häufig
zu einer Wicklung zusammengeschaltet und auf diese Weise oft aus mehreren
Lagen von Spulen aufgebaut, wobei jede Lage zu der anderen verdreht angeordnet
ist und verschiedenen Motorsträngen zugeordnet sind.
Ein ähnlicher Motoraufbau ist aus DE 2931650 A1 bekannt, wobei die
Wicklung aus zwei mit Draht gewickelten Spulenlagen aufgebaut ist, die
in Bewegungsrichtung versetzt zueinander liegen, so dass der Außenumfang
der Spulen der einen Spulenlage auf dem Zentrum der Spulen der anderen
Spulenlage zu liegen kommt. Somit kann schon recht vorteilhaft das innerhalb
jeder Einzelspule liegende Leiterende, mit dem außerhalb der benachbarten
Spule liegenden Leiteranfang dieser Spule, an der den beiden Spulenschichten
einander zugewandten Seite, verbunden werden. Dies führt hier zwar
nicht, aufgrund der versetzten Lage der Spulenschichten, zu einer Vergrößerung
des Luftspaltes, trotzdem muss die Leiterführung verlustbehaftet
über das komplette Spulenbündel jeder Spule vom Spuleninneren
nach außen geschehen.
Ein weiterer Nachteil dabei ist, dass man, um eine Luftspaltvergrößerung
zu vermeiden, dazu gezwungen ist, die Spulen um eine halbe Spulenweite
versetzt zueinander zu legen, was sich auch nur bei mehrsträngigen
Elektronikmotoren anbietet. Außerdem hat man auf diese Weise im
Motorbetrieb nie das volle Drehmoment der gesamten Wicklung zur Verfügung,
da die beiden Spulenlagen zu unterschiedlichen Zeitpunkten ihr Maximum
erreichen. Auch im Generatorbetrieb ist die Ausgangsspannung so erheblich
reduziert, was z.B. für eine Batterieladung von Nachteil ist.
Den bekannten mit Draht gewickelten Spulen ist gemeinsam, dass das eine
Leiterende der Spule oder der Wicklung, z.B. die Stromzuführung,
auf der einen Seite des Leiterbündels liegt und das andere Leiterende,
z.B. die Stromableitung, auf der anderen Seite dieses Leiterbündels
liegt. Wenn solche Spulen untereinander oder mit dem Kollektor oder einer
Elektronik verbunden werden sollen, muss das eine Leiterende quer über
das Spulenbündel gelegt werden, um einen kontinuierlichen Stromfluss
innerhalb der Wicklung zu gewährleisten.
Dies hat den Nachteil, dass sich der Luftspalt um den Leiterdurchmesser
vergrößert oder ein Teil der Spule und damit ggf. der gesamten
Wicklung mit diesem Leiterübergang außerhalb des Luftspaltes
liegen muß. Des weiteren sind zusätzliche und dabei lange Verbindungsleiter
nötig, die benachbarte Spulen untereinander oder die Spule mit dem
Kollektor oder mit einer Elektronik verbinden. Dies alles führt zu
hohen Verlusten, die sich einerseits in einer geringeren Luftspaltinduktion
und andererseits in erhöhten Kupferverlusten und den daraus entstehenden
Nachteilen ausdrücken.
Außerdem führen Biegungen und Faltungen einer herkömmlich
von innen nach außen in einer Ebene gewickelten Spule zu Deformierungen
des zuvor kompakten Spulenbündels.
Darüber hinaus sind Leiterplattenspulen bekannt, die das Problem
der Leiterbündelquerung aufgrund ihres spezifisch technischen Aufbaues
für ihren Anwendungsbereich lösen konnten.
Aus GB 1310 155 ist eine Leiterplattenspule in Scheibenform bekannt,
bei denen die Spule aus zwei Lagen (jeweils auf einer Seite der Leiterplatte)
aufgebaut ist, die gegensinnig geätzt oder ausgefräst sind und
im Zentrum ihrer Wicklung miteinander elektrisch in Reihe, anhand von
Durchkontaktierung des Trägers, geschaltet sind.
Diese Technik lässt sich jedoch nicht auf mit Draht gewickelte Spulen
übertragen, da diese um einen Dorn gewickelt werden und so nur eine
einschichtige Spule entstehen würde, deren Anfang im Spulenzentrum
und deren Ende am Außenumfang liegt. Will man nun eine linksgewickelte
Spule mit einer rechtsgewickelten Spule zusammenfügen, entstehen
dabei Stabilitätsprobleme, da jede Spulenschicht nur eine instabile
Leiterlage enthält. Außerdem würde man nur auf eine zweilagige
Spule kommen, die für die meisten Anwendung mangels Leistung unbrauchbar
wäre.
Aus US 4340 833 sind gegensinnig gewickelte Leiterplattenspulen einer
beidseitig kaschierten Leiterplatte bekannt, die in Zylinderform durch
aufwickeln einer flexiblen Leiterplatte oder in Scheibenform durch übereinander
legen von beidseitig kupferkaschierten Leiterplatten mehrlagig aufgebaut
sind, wobei die Teilspulen innerhalb einer Leiterplatte in Reihe geschaltet
sind und die gesamten Spulen einer Leiterplattenlage mit einer anderen
Lage in Reihe geschaltet sind (und nicht die direkt übereinander
liegenden Spulen verschiedener Leiterplatten). Diese Aufbautechnik ist
nicht auf gewickelte Spulen zu übertragen, da die Handhabung der
in sich instabilen einschichtigen Teilspulen, bei denen im Idealfall beide
Teilspulen einer Lage aus einem Draht gewickelt oder sogar noch mit benachbarten
Spulen direkt verbunden wären. Dieses Band von Spulen lässt
sich nicht herstellen und auch nicht beim Aufwickeln zu einer Mehrschichtwicklung
handhaben. Teilt man das lange Spulenband in kleine Abschnitte von zwei
zusammenhängenden einschichtigen Spulen, sind selbst diese schwer
bei der Aufwicklung zu handhaben. Außerdem würden, um dies
dann wieder zu einem langen Spulenband zu verbinden, viele Lötstellen
entstehen. Dies würde einerseits das Spulenbündel in Luftspaltebene
durch die Lötstellen aufweiten, und andererseits die Ursache von
Fehlerquellen sein.
Bei Leiterplattenspulen ist zwar die schichtweise Reihenschaltung von
übereinandergelegten links- und rechtsgewickelte Spulen innerhalb
eines magnetischen Feldes bekannt, jedoch ist die technische Lösung
nicht auf mit Draht gewickelten Spulen übertragbar, da sie speziell
für Leiterplattenspulen entwickelt wurde und sich auch hier nur aufgrund
des zweischichtigen Aufbaues von Leiterplatten anbietet, bei der die Spulenschichten
auf einem gemeinsamen Träger stabil liegen und so einfach zu handhaben
sind und die Reihenschaltung der zwei Teilspulen innerhalb der Leiterplatte
durch Durchkontaktierungen sich anbietet und leicht zu handhaben ist.
Mehrschichtige Spulen, bei denen die übereinanderliegenden Spulenpaare
direkt (in Richtung Spulenachse) miteinander zu einer Einzelspule verbunden
sind, sind auch bei Leiterplattenspulen nicht bekannt.
Aus dem Bedarf, eine verlustarme Einzelspule mit kompaktem Spulenbündel
und mit einem umfangsseitigen Stromein- und Stromausgang zu schaffen und
zusätzlich den Bedarf an nicht deformierten Einzelspulen zu decken,
die in gebogener oder gefalteter Form benötigt werden, ist es nicht
naheliegend, dafür die Grundidee von gegensinnig verlaufenden Leiterplattenspulen
zu verwenden, die zu dem nur eine zweischichtige Einzelspule zulassen,
um darauf die Problemlösung aufzubauen.
Aus DE 30 36 051 ist ein Herstellungsverfahren einer herkömmlichen
mit Draht gewickelten Spule bekannt. Hier wird die Spule auf einem Dorn
lagenweise von der Innenlage zur Außenlage gewickelt. Dieses Verfahren
ist zwar auch dafür einzusetzen eine Spule mit nur einer Windung
pro Spulenlage herzustellen, was einer erfindungsgemäßen Teilspule
3' oder 3'' entsprechen würde. Zwei solcher Spulen müssten dann
mit entgegengesetztem Wickelsinn übereinandergelegt und verklebt
werden. Dies ist insofern schwierig, da die Spulen in Richtung Spulenachse
nur eine Leiterlage haben und damit zweier Teilspulen beim Zusammenfügen
ohne Wickelrahmen aufgrund der Instabilität nur unter hohem Aufwand
zu hand haben sind. Außerdem würden auch hier zwei Lötstellen
pro Teilspule entstehen und das Spulenbündel würde sich dadurch
in Luftspaltebene aufweiten und die vielen Lötstellen eine mögliche
Ursache für künftige Fehlerquellen sein.
Aus Patentanmeldung PCT WO 00/30238 ist eine Spule bekannt, die im Schnitt
quer zur Bewegungsrichtung gebogen oder gefaltet ist. Dort ist kein Herstellungsverfahren
angegeben.
Ein Herstellungsverfahren wäre eines, bei der die Spule zunächst
in einer Ebene herkömmlich auf einem Dorn gewickelt, und anschließend
gebogen oder gefaltet wird. Der Nachteil dieses Herstellungsverfahrens
ist, dass sich durch die Biegung oder Faltung die einzelnen Windungen
gegensinnig verschieben. So eine Biegung oder Faltung ist auch nur möglich,
wenn die Windungen während der Verformung seitlich (in Luftspaltrichtung)
so viel Luftspiel haben, dass sie aus der Verzahnung mit den benachbarten
Windungen ausweichen können. Wenn dies der Fall ist, weitet sich
die Spule bei der Verformung in Luftspaltrichtung auf und die Windungen
verschieben sich gegeneinander in Luftspaltebene, welches jedoch eine
Vergrößerung des Luftspaltbedarfs und den zuvor beschriebenen
Deformierungen bedeutet. Diese Verschiebung ist im Wickelkopfbereich bzw.
im Bereich der Verbindungsleiter der Spulenseiten am stärksten, so
dass das Spulenbündel sich auch in Luftspaltebene sehr verbreitert
wird. Dies schränkt die Einsatzmöglichkeiten insbesondere bei
sich gegeneinander überlappenden Spulen stark ein oder macht es unmöglich.
Außerdem wird das Spulenbündel, wie beschrieben unkontrolliert
in Luftspaltrichtung aufgeweitet.
Bei Anwendung eines anderen Wickelverfahrens, bei der die Spule sofort
in die gebogene oder gefaltete Endform gewickelt wird, ist ein gleichmäßiger,
lagenweiser Wicklungsaufbau vom Spulenkern nach außen unmöglich,
da der Draht bei der Wicklung um verschiedene Kanten gewickelt werden
muss und die Spule in verschiedenen Ebenen verläuft, und so nur eine
kaotische und wenig effiziente Wicklung zulässt.
Da diese Luftspulen am effizientesten arbeiten, wenn sie vollkommen im
Luftspalt liegen, ist für diese auch ein Wickelverfahren zu entwickeln,
das den Spulenaufbau so ermöglicht, dass die Stromzu- und Stromabfluss
auf der Außenseite des Spulenbündels liegt.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Spulenaufbau, für eine geschlossenen,
mit Draht gewickelte Einzelspule zu finden, deren Spulenseiten einerseits
in Reihe geschaltet sind, damit hohe Spannungen (Generator) oder Drehmomente
(Motor) erreicht werden und andererseits die Verluste gering sind, insbesondere
dadurch, dass die Wicklungs- oder Spulendicke in Luftspaltrichtung und
die Kupferverluste innerhalb der Spulen und der stromzu- und -abführenden
Leiter gering gehalten sind, indem vor allem die Leiterführung nicht
über das gesamte Spulenbündel stattfinden muss, um Spulen- oder
Wicklungsanfang und Spulen- oder Wicklungsende mit einer Elektronik, einem
Kollektor oder einer anderen benachbarten Spule zu verbinden.
Weiterhin ist die Aufgabe der Erfindung, eine Wickeltechnik zu entwickeln,
bei der das gesamte Spulenbündel zumindest im Luftspalt eine gleichmäßige
Dicke aufweist und gegensinnig gewickelte Spulenpaare aus einem ununterbrochenem
Draht gewickelt werden, so dass die Spule möglichst wenige Lötstellen
hat, wobei eine Wicklung einer leistungsstarken mehrschichtigen Einzelspule
aus einem durchgehenden Draht angestrebt wird.
Die Spule sollte nach der Wicklung in der Ebene in Bewegungsrichtung und
im Wickelkopfbereich gut formbar sein, ohne dass dabei eine Aufweitung
des Spulenbündels und eine ungünstige Verschiebung der Windungen
gegeneinander geschieht oder solch eine geformte Einzelspule sollte mit
kompaktem Spulenbündel herstellbar sein.
Weiterhin ist die Aufgabe der Erfindung, eine Wickeltechnik zu entwickeln,
die eine Biegung und Faltung der Spule im Schnitt quer zur Bewegungsrichtung
zulässt und/oder eine Wicklung von einer im Schnitt quer zur Bewegungsrichtung
gebogenen oder gefalteten Spule in ihrer Endform ermöglicht und die
Spule eine zumindest im Luftspaltbereich gleichmäßige Spulenbündeldicke
aufweist, bei denen der Leiter gleichmäßig eine Windung neben
der anderen gewickelt wird ohne dass das Spulenbündel einer Teilspule
(3', 3'') gequert werden muss, um mit der Wicklung der nächsten Teilspule
3', 3'' zu beginnen, so dass die Kupferverluste innerhalb der Spule gering
sind und der Luftspalt der Maschine einer Luftspaltwicklung möglichst
klein sein kann.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch einen Spulenaufbau mit den
Merkmalen des Patentanspruches 1, indem jeweils zwei einschichtige Teilspulen,
gegensinnig zueinander, in Feldrichtung übereinander liegend zu einer
Spule gewickelt werden. Dabei sind die Spulenweiten der beiden Teilspulen
im wesentlichen deckungsgleich übereinanderliegend. Die Leiteranfänge
der beiden einschichtigen Teilspulen sind auf der Innenseite des Spulenbündels
der Spule direkt miteinander verbunden und in Reihe geschaltet, wobei
die Stromzu- und die Stromableitung der Spule auf einer gemeinsamen Seite
der Spulenbündel, der Außenseite der Spule, stattfindet, ohne
dabei extra ein Spulenbündel zu queren.
Zur Lösung der Aufgabe gehört weiterhin, dass zwei übereinanderliegende
miteinander verbundene Teilspulen 3',3'' aus einem durchgängigen
Draht gewickelt sind und mehrere solcher Spulenpaare im wesentlichen deckungsgleich
übereinander liegen und zu einer Spule verbunden sind, so dass die
Spule 3 aus Spulenpaaren von sich abwechselnd links- und rechtsgewickelten
einschichtigen Teilspulen 3' und 3'' besteht.
Die Lösung der Aufgabe zur Herstellung der Spule 3 erfolgt durch
folgende Techniken:
- indem die Spulenpaare auf unterschiedlichen Körpern gewickelt werden
und anschließend passgenau zusammengefügt und dann elektrisch
verbunden werden, oder
- indem die Spulenpaare direkt nebeneinander passgenau von innen nach
außen gewickelt werden und dann nur noch eine elektrische Verbindung
dieser untereinander im Umfangsbereich erfolgt, oder
- in dem die gesamte Spule bestehend aus mehreren Spulenpaaren (3',3'')
aus einem durchgängigen Draht gewickelt wird, indem die Teilspulen
abwechselnd von außen nach innen und dann von innen nach außen
gewickelt werden.
Gebogene oder gefaltete Spulen können mit diesen zuvor beschriebenen
Techniken auf zwei verschiedene Weisen hergestellt werden:
1. Die Spulen werden nach den zuvor beschriebenen Techniken gewickelt
und anschließend gebogen oder gefaltet.
Um nach der Biegung oder Faltung wieder ein im wesentlichen deckungsgleiches
Spulenbündel bestehend aus den Teilspulen zu bekommen, wird in einer
Weiterbildung die zusätzliche Bogenlänge der jeweiligen Windungen,
die durch die Biegung oder Faltung notwendig ist schon in der ebenen Wicklung
berücksichtigt und dazugeschlagen, so dass benachbarte Teilspulen
vom Biege- oder Faltbereich ausgehend Richtung Verbindungsleiter (der
Spulenseiten) zueinander versetzt, bzw. mit unterschiedlicher Windungslänge,
gewickelt werden.
Diese Weiterbildung kann vorteilhaft mit der folgenden Weiterbildung kombiniert
werden, die darin besteht, dass die Spulen in einer Kegelstumpfmantelform
um einen Dorn gewickelt werden. Dies hat den Vorteil, dass einerseits
die unterschiedliche Bogenlänge einzelner Windungen, die bei der
Biegung oder Faltung entstehen, schon zum Teil ausgeglichen sind und zum
Anderen bei der Biegung oder Faltung die Ausgleichung des Winkels ß
im letzten Stadium der Formgebung zur Folge hat, dass die Windung im Faltbereich
um den Winkel ? an die Faltkante herangezogen wird, so dass dadurch Kupferverluste
und der Raumbedarf der Wicklung gering gehalten werden.
2. Die Spule wird sofort in die gebogene oder gefaltete Endform nach
den zuvor beschriebenen Techniken gewickelt, wobei die Spule
entweder
aus Spulenpaaren (3',3'') besteht, die lagenweise jeweils von innen nach
außen gewickelt und anschließend elektrisch untereinander
verbunden oder sogar zuvor erst noch mechanisch zusammengesetzt werden
oder
die Spule aus Spulenpaaren besteht, deren benachbarte Teilspulen abwechselnd
von außen nach innen und die nächste von innen nach außen
usw. auf einen Wickelkörper gewickelt wird.
Bei diesen Techniken kann die gleichmäßige Spulenbündeldicke
leicht eingehalten werden.
Bei einer Weiterbildung der Herstellung der Spulen in ihre gebogene oder
gefaltete Endform, werden die Teilspulen im Luftspaltbereich ineinander
verzahnt gewickelt, wobei die Leiter der Teilspule 3' benachbarte Leiter
der Teilspule 3'' im Faltbereich, in jeder Windung kreuzen, um von einer
Leiterspur in eine andere zu gelangen. Insgesamt hat dies den Vorteil,
dass die Leiterbündel kompakter sind.
Die Reihenschaltung der gegensinnigen Wicklungen hat generell bei allen
Weiterbildungen der Erfindung den Vorteil, dass das Drehmoment beim Motor
und die Gesamtspannung beim Generator sehr hoch sind, weil sich alle Momente
bzw. Spannungen der einzelnen Spulenseiten addieren.
In Weiterbildungen sind die Spulen oder Wicklungen Teil einer rotierenden
Maschine oder einer linear arbeitenden Maschine.
In beiden Fällen kommen Vorteile der Erfindung voll zum Ausdruck,
da in beiden Fällen bei herkömmlichen Maschinen ein Spulenbündel
gequert werden muss, um benachbarte Spulen oder Wicklungen miteinander
oder mit einer Ansteuerelektronik oder einem Kollektor zu verbinden. Bei
trommelförmigen Maschinen kommt in jedem Fall zusätzlich der
Vorteil der gleichmäßig kompakten Spulenbündel in der
gebogenen und gefalteten Form der Spulen hinzu.
Diese Vorteile kommen bei trommelförmigen, rotierend arbeitenden
Maschinen, insbesondere bei zylindrischen Wicklungen, voll zum Tragen,
wenn die gesamte Wicklung im Luftspalt verlaufen soll. Auch bei scheibenförmigen
Wicklungen, bei denen die vollständig im Luftspalt verlaufende Wicklung
auch eine Ausgestaltungsvariante ist, ist die Erfindung besonders vorteilhaft,
weil sie auch hier Verluste, entweder durch Feldschwächung aufgrund
eines großen Luftspaltes oder durch Kupferverluste innerhalb jeder
Spule, einspart.
Eine andere Weiterbildung besteht darin, dass die Erfindung bei, im Schnitt
quer zur Bewegungsrichtung, gebogenen oder gefalteten Spulen, wie sie
aus Patentanmeldung
PCT WO 00/30238 bekannt sind, eingesetzt wird. Hierbei kommt der Vorteil
insbesondere zum Tragen, wenn die Luftspulen vollständig im Luftspalt
verlaufen und verbessert so die dort beschriebene Erfindung.
Auch bei Spulen oder Wicklungen, die in Nuten eines Rückschlusses
eingelegt sind, ist die Erfindung vorteilhaft, weil auf diese Weise der
gesamte Spulenstrang mit gleichmäßiger Packungsdichte (Fig.7)
der Leiter aufgebaut sein kann, was bei herkömmlicher Wickeltechnik
nicht der Fall ist. Auf diese Weise können sogar Wickelköpfe
oder schräge Leiter, die sonst außerhalb des Feldes liegen,
in Nuten gleicher Breite eingelegt sein, so dass die Leiter und das Feld
effizienter genutzt werden.
In einer Weiterbildung sind die erfindungsgemäßen Spulen oder
Wicklungen in rotierenden Maschinen angeordnet. Hier wirken sich die Vorteile
der Erfindung so aus, dass höhere Drehmomente erreicht werden oder
größere Spannungen generiert werden. Auch die Spulenmasse sinkt,
was weitere mechanische und elektrische Vorteile nach sich zieht.
Entsprechende Vorteile hat man auch bei linear arbeitenden Maschinen durch
den Einsatz der Erfindung.
Die Erfindung ist sowohl im Motor als auch im Generator einzusetzen.
Hier werden die entsprechenden Kennwerte die Kraft beim Motor, die Ausgangsspannung
beim Generator verbessert oder weniger Erregerleistung muss bereit gestellt
werden.
Die erfindungsgemäßen Spulen und Wicklungen werden in Weiterbildungen
im Ständer oder im Läufer von Motoren oder Generatoren eingesetzt.
In einem Fall wird die Erregerleistung gespart oder diese erhöht
sich und im anderen Fall erhöht sich die Ausgangsleistung.
Dieser Einsatz findet in Weiterbildungen in Synchronmaschinen und in mindestens
teilweise asynchron arbeitenden Maschinen statt. In beiden Fällen
werden die Vorteile der Erfindung für diese beiden großen Gruppen
der elektrischen Maschinen mit ihren jeweiligen speziellen Vorteilen nutzbar
gemacht.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Einzelspulen kann auf
verschiedene Weise geschehen:
In einem Herstellungsverfahren werden beide Spulenteile auf einem Wickeldorn
nacheinander aus einem ununterbrochenen Draht gewickelt. Dazu wird die
Leiterlänge für eine Teilspule auf eine zweite Drahtgeberspule
gewickelt, bleibt aber mit der ersten Drahtgeberspule verbunden. Auf den
beiden Drahtgeberspulen befinden sich somit mindestens der Leiterdraht
der zu der erfindungsgemäßen Spule verarbeitet werden soll.
Die Wickelapparatur besteht aus einem Motor mit Links- und Rechtslauf,
der den Wickeldorn mit einer Drehzahl antreibt.
die zweite Drahtgeberspule dreht sich beim Wickelvorgang der ersten Teilspule
mit dem Wickeldorn mit. Nach der Fertigstellung der ersten Teilspule wird
diese auf dem Dorn verbleibend vorfixiert und die zweite Drahtgeberspule
wird vom Wickeldorn gelöst und anschließend mit deren Draht
die zweite Teilspule mit entgegengesetztem Wickelsinn auf dem gleichen
Wickeldorn stramm an die erste Teilspule herangewickelt. Nach Fertigstellung
der Gesamtspule wird diese verfestigt durch beispielsweise Verkleben oder
Verbacken. Die Gesamtspule wird beim Wickelvorgang durch einen Rahmen
seitlich begrenzt, der zum Abnehmen der Spule mindestens einseitig von
der Welle gelöst werden kann.
In einer Weiterbildung dieses Herstellungsverfahrens wird die zweite Teilspule
gleichzeitig mit der ersten Teilspule gewickelt. Dazu ist auf dem Wickeldorn
ein Außenläufermotor angebracht, der die zweite Drahtgeberspule
trägt und mit doppelter Dorndrehzahl dreht, so dass beide Teilspulen
mit gleicher Geschwindigkeit gewickelt werden. Dies hat den Vorteil, das
eine Fixierung der ersten Teilspule entfällt und der ganze Wickelvorgang
schneller abgeschlossen ist. Zur Drahtführung wird bei den Herstellungsverfahren
z.B. ein gesteuerter Linearmotor eingesetzt.
In einem anderen Herstellungsverfahren werden beide Teilspulen gleichzeitig
auf einem stehenden Dorn gegensinnig gewickelt, wobei beide Drahtgeberspulen
durch jeweils einen Außenläufermotor getragen werden, die sich
mit ca. der gleichen Drehzahl entgegengesetzt auf der Dornachse drehen.
Die Drahtführung wird beispielsweise durch lineare gesteuerte Servomotoren
bewerkstelligt.
Der Vorteil ist bei den beiden Herstellungsverfahren und deren Varianten,
dass der Draht beim Übergang von einer Teilspule zur anderen nicht
unterbrochen wird und somit der sonst nötige Arbeitsgang des elektrischen
Verbindens, sowie auch die Fehleranfälligkeit dieser Verbindung entfällt.
Andere Herstellungsverfahren sind im Rahmen der Figurenbeschreibung vorgestellt.
Figurenbeschreibung
Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen
beschrieben. Sie zeigen in:
Fig.1 eine Draufsicht auf eine Prinzipdarstellung einer Teilspule eines
zweischichtigen Spulenpaares in Fig.3,
Fig.2 eine Draufsicht der auf die Prinzipdarstellung der anderen Teilspule
eines zweischichtigen Spulenpaares in Fig.3,
Fig.3 eine Draufsicht der 1. Weiterbildung auf die Prinzipdarstellung
eines zweischichtigen Spulenpaares, das sich aus Teilspulen der Fig.1
und 2 zusammensetzt,
Fig.4 einen axialen Querschnitt einer 1. Weiterbildung entlang der Linie
VI-VI in den Figuren 8-11 durch eine vierlagige Gesamtspule,
Fig.5 eine Draufsicht der 1. Weiterbildung auf die oberste Lage der Gesamtspule
von Fig.7 in Richtung des Pfeils II,
Fig.6 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig.7,
Fig.7 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig.7,
Fig.8 einen Schnitt entlang der Linie V-V in Fig.7,
Fig. 9 bis 12,20 zeigt Querschnitte durch verschiedene Spulen einer 2.
bis 6. Weiterbildung,
Fig.13 zwei herkömmliche in Reihe geschaltete Einzelspulen
Fig. 14 bis 15 den Faltvorgang einer 7. Weiterbildung einer Doppel-Scheibenspule
und
Fig. 16 die Verwendung dieser im schematischen Teilschnitt,
Fig. 17 bis 18 zeigt den Faltvorgang einer 8. Weiterbildung einer Doppel-Scheibenspule
im schematischen Teilschnitt,
Fig.19 in einer 9. Weiterbildung das Prinzip einer Wickelmaschine zur
Herstellung einer aus Draht gewickelten erfindungsgemäßen Einzelspule,
Fig. 21 und 22 zeigt in einer einen Wickelkörper zur Wicklung einer
gefalteten Doppel-Scheibenspule sofort in die Endform, die in Fig. 23
in der fertigen Form eine Rückschlussscheibe einer Maschine berührungslos
umfasst, Fig. 21 zeigt eine Draufsicht auf den Wickelkörper,
Fig.22 einen Schnitt entlang der Linie VII-VII, der sich nur auf die
Trägerplatte und die Spule bezieht,
Fig.23 die fertig gewickelte Spule einer Doppelscheibenmaschine der Fig.21
und 22, die eine Rückschlussscheibe der Maschine umfasst,
Fig.24 und 25 eine 11. und 12. Weiterbildung Wickelschema für Spulenpaare.
Figuren
Gleiche Bauteile haben in allen Figuren gleiche Bezugszahlen.
Fig.1 zeigt eine rechtsgewickelte Teilspule eines Spulenpaares von Fig.3
mit Stromeingang A' und Verbindungspunkt Z mit der zweiten Teilspule von
Fig.2, sowie die Stromrichtung des Stromes I.
Fig.2 zeigt eine linksgewickelte Teilspule eines Spulenpaares von Fig.3
mit Stromausgang A'' und Verbindungspunkt Z mit der zweiten Teilspule
von Fig.1, sowie die Stromrichtung des Stromes I.
Fig.3 zeigt das Wickelschema eines Spulenpaares bestehend aus beiden
Teilspulen der Figuren 1 und 2, wobei die Teilspulen im Verbindungspunkt
Z im Inneren der Teilspulen kontaktiert sind. Die Teilspulen sind entsprechend
ihrer Spulenweite 14 zusammengefügt, und das entstandene Spulenpaar
hat einen äußeren Stromeingang A' und einen äußeren
Stromabgang A''.
Fig.4 zeigt einen Querschnitt durch eine Einzelspule, die aus vier Teilspulen
(zwei Spulenpaaren) zusammengesetzt ist, wobei die Teilspulen aufeinanderfolgend
gegensinnig 3',3'' gewickelt sind. Die vier Teilspulen sind in den Schnitten
in Fig.5 bis 8 zu sehen. Die Verbindungspunkte zwischen zwei Lagen sind
mit Z1, Z2, Z3 und die Stromzuleitung mit A und die Stromableitung mit
A' gekennzeichnet.
Fig.5 bis 8 zeigen die vier Teilspulen der Gesamtspule 3 von Fig.4 gemäß
den dort eingezeichneten Schnitten. Die Verbindungspunkte zwischen zwei
Lagen, bei denen der Leiter die Spulenebene wechselt, sind mit Z1, Z2,
Z3 und die Stromzuleitung A und die Stromableitung mit A' gekennzeichnet.
Fig.9 bis 12,20 zeigt Einzelspulen, die um eine Achse oder Welle gewickelt
sind.
In Fig. 9,11,12,20 sind die Spulenpaare Sp1, Sp2, Sp3 jeweils von innen
nach außen gewickelt und der Wickelvorgang erkenntlich gemacht durch
die eingezeichneten Pfeile. Die einzelnen Spulenpaare Sp1 bis Sp3 sind
untereinander im Umfangsbereich durch die Kontakte K verbunden und in
Reihe geschaltet.
Fig.10 zeigt eine Wicklung, bei der das erste Spulenpaar Sp1 von innen
nach außen gewickelt wurde und die weiteren Spulenpaare Sp2 bis
Sp3 von außen nach innen. Hierbei sind die Spulen vorteilhafter
weise mit einem durchgängigem Draht gewickelt.
Eine Besonderheit der Spulen der Fig.11,12,20 liegt darin, dass einzelne
Teilspulen, wie in Fig.12 und 20, oder Spulenpaare, wie in Fig.11, gegeneinander
versetzt gewickelt sind, was unterschiedliche Biegeradien der Teilspulen
bei der Biegung oder Faltung ausgleicht, wie in Fig. 14 bis 16 und in Fig.17
bis 18 gezeigt.
Die Spulen in Fig.9 bis 12 sind scheibenförmig gewickelt, wohin gegen
die Spule in Fig. 20 kegelstumpfmantelförmig gewickelt ist, wobei
der Versatz der Wicklungen nur in Richtung der Papierebene vollzogen wurde
und nicht in Richtung in die Papierebene hinein. Dies gilt auch für
den Versatz in den Spulen der Fig.11,12. Dies wird in den Figuren 16 und
18 deutlich, in dem das rechteckige Spulenbündel im Faltbereich sichtbar
wird, dass auch schon vor der Faltung in diesem Spulenbereich besteht.
Einzelne erfindungsgemäße Techniken der Fig.9 bis 14,17 können
als Weiterbildung miteinander kombiniert werden.
Fig.13 zeigt die Verbindung nebeneinanderliegender herkömmlicher
drahtgewickelten Einzelspulen und deren Leiterverbindung über jeweils
ein Spulenbündel hinweg. Die Spulen sind hier noch idealisiert gezeichnet,
da die Spulenbündel in der Praxis, speziell am Anfang jeder neuen
Wicklungslage nach herkömmlicher Technik, nicht so gleichmäßig
gewickelt werden können.
In den Fig. 14 bis 16 ist der Faltvorgang einer in der Ebene gewickelten
Spule, ähnlich der in Fig.12, beschrieben, mit dem Unterschied, dass
die Spulen in Fig.14 mit einem durchgängigen Draht gewickelt wurde,
wie an der Pfeilrichtung des Wickelschemas in der Vergrößerung
von Fig.14 zu sehen ist.
Fig.14 zeigt die Herstellungstechnik der Spule in einer Ebene und die
Spule selbst im Querschnitt, so wie die Faltung dieser, die durch die
Kraft F um eine Faltplatte geschieht, die auch Fig. 15 in der Draufsicht
zeigt.
Fig.16 zeigt die gefaltete Doppel-Scheibenspule in ihrer Endform schematisch,
die um eine Rückschlussscheibe der Maschinen berührungslos herum
verläuft. Vorteilhaft ist hier, die im Scheibenbereich recht gut übereinanderliegenden
Spulenbündel der einzelnen Teilspulen, wobei sie im Faltbereich und
im Wickelkopfbereich teilweise exakt übereinanderliegen.
Fig.17 und 18 zeigt den Faltvorgang einer als Kegelstumpfmantel gewickelten
Spule, ähnlich der in Fig.13.
Fig.17 zeigt die Herstellungstechnik der kegelstumpfmantelförmigen
Spulen, die hier abwechselnd von außen nach innen und dann von innen
nach außen gewickelt wurde. Die Spule wurde um den Winkel a gegenüber
einer ebenen Wicklung von Fig.12 gekippt gewickelt, wobei die Teilspulen
im dargestellten Schnittbereich in der Blattebene zueinander versetzt
gewickelt sind, was im Faltbereich der Spule, der Fig.18 in ihrer ungefalteten
Form im Schnitt zu sehen ist.
Fig.17 zeigt auch den ersten Schritt der Faltung um eine Faltscheibe,
bewirkt durch die Kraft F1, die wirkt bis die Spule bei der Faltung die
Ebene der Scheibe erreicht. Hier bleibt zunächst ein Winkel ß
zwischen Scheibe und Spulenbündel bestehen, der durch den zweiten
Schritt der Faltung ausgeglichen wird, in dem die Kraft F2 das Spulenbündel
gleichmäßig auf die Platte drückt. Dadurch entsteht eine
Schubkraft FS innerhalb des Spulenbündels, welche die Windungen Richtung
Scheibenzentrum drückt und damit den Winkel g in Fig.18 ausgleicht,
so dass das Spulenbündel im Faltbereich gleichmäßig am
abgeflachten Scheibenumfang anliegt.
Fig. 18 zeigt diesen Faltvorgang in dem Teilschnitt I-I von Fig.17 schematisch.
Hier ist die Spule vor der Faltung schematisch im Schnitt zu sehen, so wie
während der Faltung, wobei der Endzustand der Faltung durch die gestrichelte
Linie angedeutet wurde.
Fig.19 zeigt das Prinzip einer Vorrichtung zur Herstellung erfindungsgemäßer
Einzelspulen. Zu sehen ist ein Wickeldorn 16, der den Rahmen 19 für
die beiden Teilspulen trägt. Der Motor M2 dreht den Dorn mit der
Drehzahl n2. Der Motor M1 ist ein Außenläufermotor und dreht
mit doppelter Drehzahl n1. Die Drahtgeberspule 50 wird von diesem Motor
mitgedreht. Die Spulenführung wird durch die Linearmotoren ML1, ML2
bestimmt.
In einer Variante ist der Motor M2 ersetzt durch einen weiteren Außenläufermotor
mit entgegengesetzter Drehrichtung zu M1, aber gleicher Drehzahl.
Fig.21 bis 23 zeigen die Wicklung einer Doppel-Scheibenspule, die sofort
in die gefaltete Endform auf dem Wickelkörper gewickelt wird.
Fig. 21
Fig.21 zeigt den Wickelkörper, in Draufsicht und mit teilweisem Schnitt
der Spule, während des Wickelvorganges. Zum Wickelkörper gehören
sechs motorisch betriebene Vorrichtungen M, von denen hier vier sichtbar
sind. Das erste Spulenpaar Sp1 der Spule ist schon fertig gewickelt und
nun wird die Wicklung des zweiten Spulenpaares Sp2 mit der Wicklung von
außen nach innen gerade begonnen. Die erste Windung wird in ihrer
Endlänge vom Schieber S13 und den Schiebehaltern
SH14 und SH24 und
dem Halter H14 in Position gebracht und gehalten,
wobei die Wicklung auf der in Fig.22 sichtbaren Unterseite des Wickelkörpers
fortgesetzt wird. Dort wird die erste Windung der dritten Teilspule gerade
in Position gebracht, damit der Schieber S23
die Windung auffangen kann und bis zum Anschlag des Halters H23
schieben kann, wo die Windung dann durch den Halter H24
zunächst festgehalten wird und dann um die Kante beim Schiebehalter
SH2 in Fig.21 als zweite Windung der dritten
Teilspule gelegt zu werden. Danach zieht sich der Schieber S13
etwas zurück, wobei die erste Windung vom Halter H14
festgehalten wird, so dass die zweite Windung von Schieber S13
aufgenommen und an die erste Windung passgenau herangeschoben wird, wobei
der Halter H14 die erste Windung loslässt,
so dass die erste und zweite Windung eine gemeinsame Position finden, die
leicht in Richtung Vorrichtung MS1 verschoben
ist, gegenüber der ersten Position der ersten Windung. Ist diese gefunden,
halten SH14, H14 und
SH24 die ersten beiden Windungen in Position
und auf der Unterseite des Wickelkörpers wird in gleicher Weise verfahren
u.s.w. bis die Teilspule fertig ist. Die nächste Teilspule wird dann
von innen nach außen gewickelt unter Zuhilfenahme der Vorrichtungen
SH14, H14, S13,
SH24, H24. So werden
die Teilspulen abwechselnd von außen nach innen und dann von innen
nach außen gewickelt.
In Fig.22 zeigt einen Schnitt VII-VII durch den Träger des Wickelkörpers
und die Spule der Fig. 21. Hier ist der zur Fig.21 passende Wickelvorgang
gezeigt. Im besonderen ist zu sehen, dass die Vorrichtung MS1 und MS2
durch eine Steckverbindung mit der Platte des Wickelkörpers verbunden
ist und eine elektrische Leitung L1 durch die Trägerplatte hindurch
den Stecker St erreicht. Über den Stecker St werden die Motoren mit
Energie versorgt und gesteuert. Auf diese Weise kann der Leiter der Spule
ungehindert um die Vorrichtung MS1 und MS2 bei der Wicklung herumgeführt
werden und die Spule kann problemlos nach Fertigstellung durch vorheriges
Abziehen des Steckers entnommen werden. Der Anfang der Spule A' und deren
Ende A'' liegen auf der Unterseite des Spulenkörpers.
Fig.23 zeigt die in Fig.21 und 22 entstandene fertige Doppel-Scheibenspule
im Teilschnitt, die berührungslos um eine Motorrückschlussscheibe
herum verläuft. Hier wird die Effizienz der Wicklung durch den gleichmäßigen
Spulenbündelaufbau deutlich, sowie der außerhalb des Spulenbündels
liegende Spulenanfang A' (auch Fig.21-22) und das Spulenende A''.
In einer Weiterbildung werden die Teilspulen auf dem gleichen Wickelkörper
ineinander verzahnt gewickelt. Das heißt, der Leiter der zweiten
Teilspule verläuft in der Rille der darunter liegenden beiden aneinanderstoßenden
und benachbarten Leiter der ersten Teilspule, wobei der Leiter im Faltbereich
beim Wickelvorgang jeweils die Rille wechselt, so dass die Leiter innerhalb
des Spulenbündels insgesamt kompakter liegen und im Umfangsbereich
der Doppel-Scheibenspule sich das Spulenbündel durch den Rillenwechsel
etwas aufweitet, was für die meisten Anwendungen jedoch nichts ausmacht,
da dieser Bereich bei diesen Anwendungen außerhalb des Luftspaltes
liegt.
Fig.24 und 25 zeigt ein Wickelschema einer derartig verzahnten Wicklung
anhand eines Spulenpaares.
Bei der Wicklung in Fig.24 wechselt in jedem der beiden Faltbereiche der
Leiter die Rille und kreuzt dabei einen Leiter der anderen Teilspule.
Bei der Wicklung in Fig.25 wechselt der Leiter nur in einem der beiden
Faltbereiche die Rille und kreuzt dabei jeweils zwei Leiter der anderen
Teilspule.
Zusammenfassung
Es handelt sich um eine aus Draht gewickelte Einzelspule für elektrische
Maschinen, die aus sich abwechselnden Lagen jeweils links- oder rechtsgewickelter
Teilspulen aufgebaut ist, wobei eine links- und eine rechtsgewickelte
Teilspule ein Spulenpaar bildet, welches aus einem durchgehenden Draht
gewickelt ist.
Diese Spulen haben den Vorteil, dass sie ein gleichmäßiges
und kompaktes Spulenbündel haben, wobei die Spulen einen umfangsseitigen
Stromeingang und Stromausgang besitzen, so dass Leiterführungen vom
Spuleninneren nach außen entfallen. Weitere Vorteile haben die Spulen
ebenfalls, wenn sie für die Verwendung in Motoren in Bewegungsrichtung
und/oder quer zur Bewegungsrichtung gebogen oder gefaltet ausgeführt
werden müssen, da bei ihnen eine gezielte Formgebung ohne Deformierung
des Spulenbündels möglich ist.
Es sind verschiedene Herstellungsverfahren für diese Spulen entwickelt
worden, die ebenfalls enthalten sind.
Figur zur Zusammenfassung: Fig.9
Patentansprüche
1. Elektrische Spule (3) mit mehreren Windungen, als Einzelspule innerhalb
einer elektrischen Maschine, wobei die Spule (3) mindestens aus zwei Teilspulen
(3',3'') besteht, die gegensinnig (gegenläufig) in Luftspaltrichtung
übereinander gewickelt sind und im wesentlichen gleichzeitig und
vollständig vom gleichem Feld durchdrungen werden, wobei die Leiterenden
(Z', Z''), die in Luftspaltebene auf einer Seite der Spulenbündel,
der Innenseite der Teilspulen (3',3'') liegen, miteinander elektrisch
verbunden sind und deren andere Leiterenden (A',A''), in Luftspaltebene
auf der anderen Seite der Spulenbündel, der Außenseite der
Teilspulen (3',3'') liegen,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Spule (3) mit Draht gewickelt ist und jede Teilspule (3', 3'')
in Richtung Spulenachse (Luftspaltrichtung) aus einer Leiterschicht besteht,
und dass die mindestens zwei Spulen (3',3'') ein Spulenpaar sind, dass
aus einem ununterbrochenen Draht gewickelt ist, und dass die Spule (3)
aus mehreren in Luftspaltrichtung übereinanderliegenden Spulenpaaren
(3',3''), besteht, die anhand der Leiterenden (A', A'') miteinander elektrisch
in Reihe geschaltet sind, so dass die Spule (3) aus sich einander abwechselnden
Lagen von links- und rechtsgewickelten Teilspulen besteht.
2. Elektrische Spule (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die mindestens eine Spule (3), im Schnitt quer zur Bewegungsrichtung gebogen
und/oder gefaltet ist.
3. Elektrische Spule (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Spulen (3',3'') innerhalb einer
rotierend arbeitenden Maschine um eine Achse oder Welle angeordnet sind.
4. Elektrische Spule (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Spulen (3',3'') zu einer Linearmaschine
gehören.
5. Elektrische Spule (3) nach einem der Ansprüche 3, dadurch gekennzeichnet,
dass die mindestens zwei Spulen (3',3'') Teil einer trommelförmigen
Wicklung sind.
6. Elektrische Spule (3) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
die mindestens zwei Spulen (3',3'') Teil einer zylindrischen Wicklung
sind.
7. Elektrische Spule (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Spulen (3',3'') Teil einer scheibenförmigen
Wicklung sind.
8. Elektrische Spule (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass die Spulenseiten der mindestens zwei Spulen (3',3'')
in Nuten einer Luftspaltgrenzfläche eingelegt sind.
9. Elektrische Spule (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Spulen (3',3'') Luftspulen oder
Teil einer Luftspaltwicklung sind.
10. Elektrische Spule (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Spulen (3',3'') zum Ständer
der Maschine gehören.
11. Elektrische Spule (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Spulen (3',3'') zum Läufer
der Maschine gehören.
12. Elektrische Spule (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Spulen (3',3'') zu einem Motor
gehören.
13. Elektrische Spule (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Spulen (3',3'') zu einem Generator
gehören.
14. Elektrische Spule (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Spulen (3',3'') zu einer mindestens
teilweise asynchron arbeitenden Maschine gehören.
15. Elektrische Spule (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Spulen (3',3'') zu einer Synchronmaschine
gehören.
16. Herstellungsverfahren zum Wickeln von einer Spule (3) in Form von
einer Einzelspule mit umfangsseitigem Stromeingang A' und Stromausgang
A'', bei der mindestens zwei Teilspulen (3',3'') auf einem Wickeldorn
16 gewickelt werden, nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet,
dass die Spule (3) gewickelt wird, indem zuerst die eine Teilspule (3')
gewickelt wird und deren innenliegendes Leiterende mit dem Leiteranfang
der zu wickelnden Teilspule (3'') ein durchgehender Draht ist, und die
Teilspule (3') dann auf den gleichen Wickeldorn stramm an die erste Teilspule
(3') herangewickelt wird, so dass eine Spule (3'') bestehend aus mindestens
einem Spulenpaar mit dem Spulenanfang A' und dem Spulenende A'' entsteht.
17. Herstellungsverfahren zum Wickeln von einer Spule (3) in Form von
einer Einzelspule nach einem der Ansprüche 16, dadurch gekennzeichnet,
dass die Spule aus einem durchgängigen Leiter gewickelt werden, wobei
mindestens dieser auf zwei Drahtgeberspulen (50,51) verteilt liegt oder
eine elektrische Verbindung der beiden Leiterenden der beiden Drahtgeberspulen
hergestellt wird und der Leiter vor Beginn des Wickelvorganges um den
Dorn (16) gelegt wird und beim Wickelvorgang die erste Teilspule (3')
durch Rotation des Dornes auf diesen gewickelt wird unter Zuhilfenahme
einer Leiterführung, die den Wickelvorgang fest vorbestimmt ausführt,
und die andere Teilspule (3'') danach auf den gleichen Dorn (16) gegensinnig
gewickelt wird, wobei das innerhalb der Spule (3') liegende Leiterende
zusammen mit der Drahtgeberspule (50) für die zweite Teilspule (3'')
beim Wickeln der ersten Teilspule (3') fest mit dem Dorn (16) verbunden
ist und mit diesem rotiert und diese Drahtgeberspule (50) erst danach
mit einer Drahtführungsvorrichtung verbunden wird, die das Wickeln
der zweiten Teilspule (3'') vorbestimmt ausführt, wenn der Wickeldorn
nun andersherum drehend den Draht zur Teilspule (3'') aufwickelt und die
Gesamtspule (3) außenseitig beim Wickelvorgang durch eine Spulenbegrenzung
(19) begrenzt wird und die Spule (3) vorzugsweise in dieser Begrenzung
zumindest vorfixiert oder sogar verklebt, vergossen oder verbacken wird.
18. Herstellungsverfahren zum Wickeln von einer Spule (3) in Form von
einer Einzelspule nach einem der Ansprüche 16, dadurch gekennzeichnet,
dass die Spule aus einem durchgängigen Leiter gewickelt werden, wobei
mindestens dieser auf zwei Drahtgeberspulen (50,51) verteilt liegt oder
eine elektrische Verbindung der beiden Leiterenden der beiden Drahtgeberspulen
hergestellt wird und der Leiter vor Beginn des Wickelvorganges um den
Dorn (16) gelegt wird und beim Wickelvorgang die erste Teilspule (3')
durch Rotation des Dornes auf diesen gewickelt wird unter Zuhilfenahme
einer Leiterführung, die den Wickelvorgang fest vorbestimmt ausführt,
und die andere Teilspule (3'') gleichzeitig mit der ersten Teilspule (3')
gewickelt wird, wobei die Drahtgeberspule (50) für die zweite Teilspule
(3'') mit doppelter Drehzahl rotiert und mit einer Drahtführungsvorrichtung
ML1 verbunden ist, so dass beide Teilspulen (3',3'') mit gleicher Geschwindigkeit
gewickelt werden, und die Gesamtspule (3) außenseitig beim Wickelvorgang
durch eine Spulenbegrenzung (19) begrenzt wird und die Spule vorzugsweise
in dieser Begrenzung zumindest vorfixiert oder sogar verklebt, vergossen
oder verbacken wird.
19. Herstellungsverfahren zum Wickeln von einer Spule (3) in Form von
einer Einzelspule nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet,
dass mehrere Spulenpaare auf einem Wickeldorn nebeneinander gewickelt
werden und deren umfangsseitigen Spulenein- und -ausgänge (A', A'')
zu einer Reihenschaltung verbunden werden, so dass eine mehrschichtige
Spule (3) entsteht.
20. Herstellungsverfahren zum Wickeln von einer Spule (3) in Form von
einer Einzelspule nach einem der Ansprüche 16, dadurch gekennzeichnet,
dass zum Wickeln einer Spule (3) bestehend aus n Spulenpaaren (n= 1,2,3...),
an die einschichtigen Teilspulen (3', 3'') des ersten Spulenpaares, von
deren Umfangsbereich ausgehend und an deren Spulenende (A' oder A'') mit
ununterbrochenem Draht anschließend, die nächste Teilspule
(3') von außen nach innen gewickelt wird und wiederum daran anschließend,
die nächste Teilspule (3'') daran anschließend, von innen nach
außen gewickelt wird, wobei so bis zum n-ten Spulenpaar weiter verfahren
wird.
21. Herstellungsverfahren zum Wickeln von einer Spule (3) in Form von
einer Einzelspule nach einem der Ansprüche 16, dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens ein Spulenpaar auf einem Wickelkörper aus einem Draht
gewickelt wird, in dem die Teilspule 3' von außen nach innen gewickelt
wird und anschließend die Teilspule 3'' von innen nach außen,
wobei im Falle einer Spule, die aus mehreren Spulenpaaren besteht, das
zweite und alle weiteren Spulenpaare mit einem durchgehenden Draht in
gleicher Weise, wie das erste Spulenpaar direkt daran anschließend
gewickelt wird.
22. Herstellungsverfahren zum Wickeln von einer Spule (3) in Form von
einer Einzelspule nach einem der Ansprüche 20-21, dadurch gekennzeichnet,
dass die Wicklung der Teilspule (3') von außen nach innen so vorgenommen
wird, dass deren erste Windung um eine Schub- und/oder Zugvorrichtung
gewickelt wird, die die Windung innenseitig begrenzt, damit die zweite
Windung zwischen Schub- und/oder Zugvorrichtung und erster Windung zunächst
locker gelegt werden kann, wird die erste Windung durch eine Haltevorrichtung
zunächst in der Anfangsposition gehalten, deren Halterung in dem
Moment gelöst wird, wenn die Schub- und/oder Zugvorrichtung die zweite
Windung von innen gegen die erste Windung stramm anliegend drückt,
ist dies geschehen werden beide Windungen von der Haltevorrichtung in
Position gehalten, während sich die Schub- und/oder Zugvorrichtung
von den Leiterschleifen löst und Platz macht zum Einlegen der dritten
Windung zwischen Schub- und/oder Zugvorrichtung und der ersten und zweiten
Windung, nun drückt die Schub- oder Zugvorrichtung die dritte Windung
an die beiden vorigen Windungen eng an, währenddessen die Haltevorrichtung
die Halterung löst, so dass alle Leiterwindungen eine neue gemeinsame
Position finden, so wird fortgefahren bis die Teilspule komplett ist und
die erst zu diesem Zeitpunkt ihre endgültige Position erhält,
wobei die Länge der ersten Windung dafür die maßgebende
ist, wobei zur Wicklung der Teilspule mindestens zwei solcher Vorrichtungspaare
bestehend aus Schub- und/oder Zugvorrichtung und Haltevorrichtung verwendet
werden.
23. Herstellungsverfahren zum Wickeln von einer Spule (3) in Form von
einer Einzelspule, nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet,
dass die einschichtigen Teilspulen (3', 3'') scheibenförmig auf den
Dorn gewickelt werden.
24. Herstellungsverfahren zum Wickeln von einer Spule (3) in Form von
einer Einzelspule nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet,
dass die einschichtigen Teilspulen (3', 3'') in Form des Mantels eines
Kegel- oder Kegelstumpfes auf den Dorn gewickelt werden.
25. Herstellungsverfahren zum Wickeln von einer Spule (3) in Form von
einer Einzelspule nach einem der Ansprüche 16 bis 24 dadurch gekennzeichnet,
dass benachbarte einschichtigen Teilspulen (3', 3'') und/ oder benachbarte
Spulenpaaren in Spulenschichtebene mindestens teilweise zueinander versetzt
gewickelt werden.
26. Herstellungsverfahren zum Wickeln von einer Spule (3) in Form von
einer Einzelspule nach einem der Ansprüche 16 bis 25, dadurch gekennzeichnet,
dass das mindestens eine Spulenpaar auf den Dorn gewickelt und anschließend
vom Dorn genommen und in die Endform gebogen oder gefaltet wird.
27. Herstellungsverfahren zum Wickeln von einer Spule (3) in Form von
einer Einzelspule nach einem der Ansprüche 26, dadurch gekennzeichnet,
dass mehrere Spulenpaare (3',3'') unabhängig voneinander auf einen
Dorn gewickelt und anschließend vom Dorn genommen und so in die
Endform gebogen oder gefaltet werden, dass sie anschließend passgenau
ineinander geschoben oder gesetzt werden können und sie so die Spule
(3) bilden, deren Spulenpaare im wesentlichen deckungsgleich zueinander
liegen und die durch deren Spulenenden (A', A'') elektrisch in Reihe geschaltet
werden.
28. Herstellungsverfahren zum Wickeln von einer Spule (3) in Form von
einer Einzelspule, nach einem der Ansprüche 24 bis 27 dadurch gekennzeichnet,
dass eine kegelmantelförmige Spule um eine Faltscheibe gebogen oder
gefaltet wird und deren Spulenbündel auf die Fläche der Faltscheibe
um den Winkel ß gepresst wird, wodurch sich das Spulenbündel
gleichmäßig an die abgeflachte Stirnkante der Faltscheibe um
den Winkel ? anlegt.
29. Herstellungsverfahren zum Wickeln von einer Spule (3) in Form von
einer Einzelspule nach einem der Ansprüche 1 bis 15,20,21,22, dadurch
gekennzeichnet, dass mindestens ein Spulenpaar auf einen Wickelkörper
sofort in die gebogene oder gefaltete Endform gewickelt wird.
30. Herstellungsverfahren zum Wickeln von einer Spule (3) in Form von
einer Einzelspule nach einem der Ansprüche 29, dadurch gekennzeichnet,
dass die Spulenpaare (3',3'') im Luftspaltbereich ineinander verzahnt
gewickelt werden und die Leiter der Teilspule 3' benachbarte Leiter der
Teilspule 3'' im Faltbereich der Spule (3) kreuzen.
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