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Verfahren und Vorrichtung zum Wickeln von für Transformatoren bestimmten
Scheibenspulen oder flachen Zylinderspulen aus Runddraht Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Wickeln von für Transformatoren bestimmten Scheibenspulen oder
flachen Zylinderspulen aus Runddraht, der während seines Auflaufens unter Zugspannung
und Radialdruck auf einen mit Seitenscheiben versehenen, in Drehung versetzten Spulenkern
bzw. unmittelbar auf die bereits auf diesen Spulenkern aufgebrachten Drahtwindungslagen
derart in Achsrichtung der Spule geführt wird, daß er sich in hin- und hergehenden
Lagen mit eng aneinander anliegenden, im größten Teil ihres Umfangs parallel zu
den Seitenscheiben der Spulenform verlaufenden Windungen, die in einem begrenzten
Umfangsbereich schräg in die anschließende Windung übergehen, aufwickelt und am
Ende einer Lage unter Kreuzen der letzten Windung dieser Lage in die folgende Lage
übergeht, in der er sich in die Rillen zwischen den Drähten dieser Lage legt, die
er jeweils an den Schrägstellen kreuzt und die durch Einstreichen mit einem schnell
härtenden Bindemittel aneinander festgelegt werden.
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Das Wickeln von für Transformatoren bestimmten Scheibenspulen oder
flachen Zylinderspulen aus Runddraht erfolgt im allgemeinen derart, daß man nach
dem Herstellen jeweils einer Windungslage auf die einen isolierenden Zwischenstreifen
auflegt und dann die nächste Lage so auf diesen Zwischenstreifen wickelt, daß die
Drähte auf dem größten Teil des Spulenumfanges - in dem sie von den seitlichen Formscheiben
der Spulenform an den Spulenrändern abgestützt sind - möglichst genau radial übereinanderliegen.
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Das durch das Hin- und Herwickeln der einzelnen Windungslagen bedingte
Hochlaufen des Drahtes am Schluß der letzten Windung jeder Lage in die darüberliegende
(nächste) Lage erfolgt im allgemeinen stets an der gleichen Stelle des Umfanges
der Spulen. Die stirnseitigen Windungen, die jeweils von der unteren in die darüberliegende
Lage führen, werden durch Haltebänder »eingebunden« entweder auf dem gesamten Umfang
oder zumindest an bestimmten gleichmäßig über den Umfang verteilten Stellen der
Spule. Damit die Windungen sich nicht gegeneinander bewegen können, werden sie in
jeder Windungslage durch Einstreichen eines schnellhärtenden Bindemittels, beispielsweise
eines Elektrolackes, aneinander festgelegt.
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Das Einlegen eines isolierenden Zwischenstreifens sowie das Einbinden
der stirnseitigen Windungen bedingen einen großen zusätzlichen Arbeitsaufwand; die
Spulen können überdies nur einzeln von Hand gewickelt werden.
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Weitere Nachteile derartiger bekannter Wickelverfahren bestehen darin,
daß der Wickelraum der Spule nur ungenügend ausgenutzt wird; das Einbinden der stirnseitigen
Windungen führt zu einem radialen Durchmesserzuwachs an den Spulenrändern, der gegebenenfalls
durch Einlegen von Füll- oder Ausgleichsstreifen im mittleren Teil der Spulenlänge
ausgeglichen werden muß. Selbst bei sorgfältiger Anpassung der lichten axialen Weite
der Spulenform an die Anzahl und den Durchmesser der in einer Lage anzuordnenden
Drähte kommt es häufig vor, daß sich die Drähte unter leichtem Durchdrücken der
isolierenden Zwischenstreifen gegenüber den Drähten der unteren Lage »auf Lücke«
legen und sich dadurch Verzerrungen der äußeren Umfangsfläche der fertigen Spulen
bzw. größere, unregelmäßig über den Spulenumfang verteilt Durchmesserabweichungen
ergeben.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile werden Wickelverfahren benutzt, bei
denen die Drähte der zweiten und nachfolgenden Lagen ohne Zwischenlegen einer Lagenisolation
auf die Lücken zwischen den Drähten der vorhergehenden Lagen gewickelt werden (s.
die deutsche Patentschrift 256 533 und die deutsche Auslegeschrift 1068 381 sowie
die USA.-Patentschrift 1504 005). Auf diese Weise wird der zur Verfügung stehende
Wickelraum wesentlich besser ausgenutzt, das Wickelverfahren durch Wegfall der Lagenisolation
und bessere Fixierung der Drähte durch die Lücken der darunterliegenden Lage vereinfacht
und
die Abführung der Verlustwärme aus der Spule verbessert. Selbstverständlich kann
eine solche Wicklung auch durch Einstreichen der Drähte beim Wickeln mit einem geeigneten
Klebemittel zu einem mechanisch festen Körper verbunden werden.
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Dieses Wickelverfahren »auf Lücke« besitzt Nachteile, von denen einer
besonders beim Wickeln von Spulen für Netztransformatoren mit einer Nennleistung
von 100 bis 500 kVA offenbar wird. Diese ölgefüllten Transformatoren besitzen meistens
Scheibenspulen aus papierisoliertem Kupferdraht; die Drahtdurchmesser liegen zwischen
0,8 und 3,5 mm. Papierisolierte Drähte weisen eine recht erhebliche Dickenschwankung
auf, welche besonders das automatische Wickeln von Spulen erschwert. Bei hoher Windungszahl
je Lage summieren sich die Abweichungen, so daß eine exakte Fixierung der
Windungszahl je Lage durch die seitlichen Formscheiben in Frage gestellt ist. Außerdem
sind Drähte mit 3 mm Durchmesser sehr starr und legen sich nicht so leicht an die
vorhergehende Windung an bzw. in die Lükken der darunterliegenden Lage wie die mit
den bekannten Wickelmaschinen verarbeiteten dünneren Drähte. Besonders beim Hochlaufen
aus der letzten Windung der unteren Windungslage in die darüberliegende nächste
Lage benötigen dicke Drähte eine exakte Führung.
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Ein weiterer Nachteil ist die radiale Spulenverdickung an den Umfangsstellen,
an welchen die Drähte einer Lage die Drähte der darunterliegenden Lagen kreuzen.
Es ist erwünscht, die Lage dieser Kreuzungsstellen zu steuern, so daß sie an solche
Stellen der Spule liegen, an denen sie ohne Schwierigkeiten ertragen werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe wurde bereits angegeben, geeignet geformte Spulenkörper
zu benutzen oder den Draht an dieser Kreuzungsstelle zu verformen. Auch wurde vorgeschlagen,
die Spule durch ein geeignetes Stellglied bei jeder Umdrehung um einen geringen,
zusätzlichen Betrag unabhängig von der Bewegung der Drahtzuführung zu drehen, so
daß ein gewisser Vorlauf der Spule gegenüber der Drahtführung entsteht und die Kreuzungsstelle
auf den Spulenumfang verteilt werden.
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Die genannten Schwierigkeiten werden durch die vorliegende Erfindung
überwunden. Erfindungsgemäß wird der Draht beim Wickeln der letzten Windung einer
Lage der Spule jeweils vor Erreichen der übergangsstelle, an der er unter schrägem
Überkreuzen des benachbarten Drahtes seiner Lage in die nächste Lage übergeht, durch
seinen Führungsarm angehoben, durch seitliches Verschieben oder Schwenken des Führungsarms
schräg über den zu kreuzenden Draht gezogen und durch Absenken des Führungsarms
in die entsprechende, durch die letzten beiden Drahtwindungen der darunterliegenden
Lage gebildete Lücke gezogen wird.
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Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens und der zu seiner
Durchführung bestimmten Vorrichtung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
eines Durchführungsbeispiels für das gleichzeitige Wickeln von drei Spulen, welches
in der Zeichnung dargestellt ist.
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F i g. 1 zeigt in Seitenansicht eine schematische Darstellung einer
bekannten Spulenwickelvorrichtung, an der das Prinzip der Bewegung des Drahtführungsorgans
beim Übergang von einer Lage zur nächsten gezeigt ist; F i g. 2 zeigt die zugehörige
Draufsicht; F i g. 3 zeigt schließlich die Anwendung dieses Prinzips auf einer Maschine
zum gleichzeitigen Wickeln mehrerer Spulen mit einer Reihe von Spulenformen auf
einer Welle in schematischer Darstellung.; F i g. 4 zeigt einen Führungsarm für
den Draht in vergrößertem Maßstab.
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In der schematischen Darstellung nach F i g. 1 läuft der Draht 1 von
einer Vorratsrolle 2 über eine Zuführungs- und Spannvorrichtung 3 auf den Kern der
Spulenform 4 auf, welche in Richtung des Pfeiles 5 angetrieben wird. Möglichst
nahe am Spulenanfang wird der Draht 1 mittels des Führungsarms 6 in Richtung des
Pfeils 7 angehoben und seitlich in Richtung des Pfeils 8 der F i g. 2 bewegt
werden. Die lichte Weite der Spulenform 4 ist so bemessen, daß die gewünschte Windungszahl
je Lage unter Berücksichtigung der maximal möglichen bzw. zugelassenen Drahtstärke
Platz findet. Wenn die letzte Windung einer Lage praktisch vollendet ist, d. h.
kurz vor dem Auflaufen auf den schrägen Übergangsabschnitt beginnt die spezielle
Führungsbewegung des Führungsarms 6, welcher den Draht zunächst anhebt und schräg
über die darunterliegende letzte Windung der vollendeten Lage führt und wieder in
die Lücke zwischen letzter und vorletzter Windung der unteren Lage absenkt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung, die die Möglichkeit gibt, gleichzeitig
mehrere einander gleiche Spulen in der oben geschilderten Weise zu wickeln, und
die in. der F i g. 3 ganz schematisch dargestellt ist, weist eine mit vorzugsweise
gleichmäßiger Drehzahl anzutreibende Welle 21 auf, die in einem spindelstockähnlichen
Bauteil 22 gelagert ist und sich mit ihrem freien Ende auf eine Körnerabstützung
23 abstützt. Auf dieser Welle 21- die mit einem durchgehenden Feingewinde (nicht
dargestellt) versehen ist - sind in etwa regelmäßigen Abständen mehrere der Spulenformen
4 mittels Druckmuttern 24 festgespannt. Parallel zu der Welle 21 ist eine in Führungslagern
25 axial verschiebbar gelagerte Stange 26 geführt, die eine Reihe von Führungsarmen
27 trägt. Jeder dieser in der F i g. 4 dargestellten Führungsarme ist mittels der
Schraube 27a auf der Stange 26 einstellbar und hat an seinem freien Ende eine U-förmige
Drahtführung 28, die den in die betreffende Spulenform zu wickelnden Runddraht 1
führt.
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An Stelle der U-förmigen Führung 28 könnten auch beliebige andere
Führungsmittel, beispielsweise eine Führungsrolle mit einer tiefen ringförmigen
Führungsnut oder zwei solche miteinander zusammenwirkende Rollen, vorgesehen sein.
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Nach dem gleichmäßigen Einlegen der Drahtanfänge in die Spulenformen
4 und Hindurchführen der Drähte durch die Drahtführungen 28 werden die auf genau
gleiche Lage gegenüber den ihnen zugeordneten Spulenformen eingestellten Führungshebel
27 in eine der Darstellung in F i g. 3 etwa entsprechende Lage gebracht und der
Wickelvorgang durch Einschalten des Antriebes für die Welle 21 begonnen.
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Bei der einfachsten Ausführung einer derartigen Vorrichtung wird eine
der Drahtführungen von Hand bewegt, so wie es das ordnungsgemäße Aufbringen der
einzelnen Drahtwindungen bedingt. Dabei machen sämtliche anderen Drahtführungen,
die über die Stange 26 starr miteinander gekuppelt sind, diese Führungsbewegungen
genau synchron mit, so daß
die Drähte in sämtlichen Spulenformen
genau gleichartig gewickelt werden. Dabei wird die Stange 26 sowohl in Richtung
des Doppelpfeiles 29 seitlich verschoben als auch - bei zunehmender Stärke der Spulen
in ihren Formen - um ihre Achse gedreht. Schließlich kann auch eine Querverschiebung
in Richtung des Doppelpfeiles 30 vorgesehen sein.
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Bei der Herstellung der Übergänge oder schrägen Kreuzungen der Drähte
werden ebenfalls sämtliche Drahtführungen gleichmäßig bewegt; um eine möglichst
genaue und gleichmäßige Tangentialstaffelung dieser Übergänge zu erzielen, soll
zwischen der die Spulenform tragenden Welle 21 und der starr mit den Führungen 28
verbundenen Führungswelle 26 eine Getriebekuppelung vorgesehen werden, die nach
Wickeln zweier Windungslagen noch kurz vor Beendigung der entsprechenden vollen
Umdrehung der Welle 21 der Stange 26 eine kurze Axialversch.iebung erteilt. Durch
diese gleichzeitige und in bezug auf die Drehung der Spulenformen bei jeder neuen
Windungslage um einen kleinen Umfangswinkel der Spulenformen voreilende Seitenbewegung
der Stange 26 und damit der Drahtführungen 28 wird die gestaffelte tangentiale Verteilung
der sich bei den Kreuzungen bildenden »Buckel« der Windungslagen gesichert.
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Die Einstellung der Drahtsteuerung muß selbstverständlich die Anzahl
der Windungen je Windungslage berücksichtigen, insbesondere die Eigenheit der neuen
Spulenwicklung, daß sich die Windungszahlen in einander benachbarten Windungslagen
jeweils um den Wert +1 bzw. -1 unterscheiden.
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Für das Auftragen des schnell härtenden Bindemittels auf die einzelnen
Windungslagen wird eine Auftragsvorrichtung vorgesehen, die ihrerseits in Abhängigkeit
von der Umdrehungszahl der Welle 21 und der Anzahl der Windungen je Spulenlänge
bestätigt w;rd und jeweils nach Wickeln einer vollständigen Lage ein Auftragsgerät,
z. B. einen Pinsel, mit dem Bindemittel für die. Dauer einer Umdrehung der Welle
21 an die Windungslage andrückt.
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Mit Anwendung dieses Verfahrens sind folgende Vorteile verbunden:
Es ist nun möglich, relativ dicke und starre papierisolierte Drähte auf automatischen
Wickelmaschinen zu verarbeiten. Da die Lage der Übergangsstellen und damit die Windungszahl
je Lage nur von der entsprechend gesteuerten Führungsvorrichtung abhängt, können
unabhängig von der toleranzbedingten unterschiedlichen Dicke der Drähte mehrere
Spulenkörper auf einer Welle angeordnet und mit Hilfe einer Reihe von den Spulenforme
zugeordneten Drahtführungen mehrere Spulen gleichzeitig gewikkelt werden, wobei
die oben beschriebenen Führungsbewegungen der Drahtführungen relativ zu den Spulenformen
genau gleich erfolgen. Die Führungsbewegung der Drahtführungen kann dabei durch
entsprechende Koordinierung der Führungsorgane mit der Drehung des Spulenkerns erfolgen,
sie kann auch erzeugt werden, indem die Führung einer Spule von Hand vorgenommen
und durch geeignete Kupplung der Führungsorgane auf die anderen Drahtführungen übertragen
wird. Es ist außerdem möglich, durch entsprechende Steuerung der Führungsarme die
durch das Kreuzen der Leiter der vorhergehenden Lage entstehenden radialen Verdickungszonen
an beliebige, vorher genau bestimmbare Stellen des Spulenumfanges zu legen.