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WO2006024057A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen einer spulenwicklung - Google Patents

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WO2006024057A1
WO2006024057A1 PCT/AT2005/000334 AT2005000334W WO2006024057A1 WO 2006024057 A1 WO2006024057 A1 WO 2006024057A1 AT 2005000334 W AT2005000334 W AT 2005000334W WO 2006024057 A1 WO2006024057 A1 WO 2006024057A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
winding
conductor
coil
conductors
winding layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/AT2005/000334
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Josef Eder
Alexander Grisenti
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Coil Holding GmbH
Original Assignee
Coil Holding GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Coil Holding GmbH filed Critical Coil Holding GmbH
Priority to CA2578758A priority Critical patent/CA2578758C/en
Priority to ES05773971.6T priority patent/ES2443215T3/es
Priority to CN2005800347463A priority patent/CN101044582B/zh
Priority to EP05773971.6A priority patent/EP1789978B1/de
Priority to BRPI0514840-5A priority patent/BRPI0514840B1/pt
Publication of WO2006024057A1 publication Critical patent/WO2006024057A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/06—Coil winding
    • H01F41/077—Deforming the cross section or shape of the winding material while winding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/06—Coil winding
    • H01F41/082—Devices for guiding or positioning the winding material on the former

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a coil winding consisting of one or more winding layers of substantially rectangular-shaped conductors or conductor bundles and a winding device for producing a coil winding consisting of one or more winding layers of substantially rectangular-shaped conductors or conductor bundles.
  • FIG. 1 The basic structure of winding layers arranged concentrically in one another and electrically connected in parallel is known from the prior art, for example European Patent EP 0 092 018 B1.
  • Figures 1 and 2 show the basic kon ⁇ constructive structure of such winding layers 1 and thus constructed coil windings.
  • the winding layers 1, which are arranged concentrically with one another about a common coil center axis 7 and which are made of substantially rectangularly shaped conductors or conductor bundles 6, are held together by holding elements 2 at the coil ends, for example so-called winding stars made of metal or plastic.
  • the retaining elements 2 arranged in the two distal end sections of the coil are held together by a tensioning construction, for example by a plurality of tension elements 3 made of impregnated glass fibers, which are attached along the winding. Between the holding elements 2 and the coil or winding ends are usually especially when the Halteele ⁇ elements 2 are electrically conductive, insulating elements 4 attached.
  • the concentrically nested winding layers 1 are in the radial direction preferably by further Isolations ⁇ elements 5, for example, electrically insulating gap strips, distanced to produce vertical gaps for the natural air cooling of the entire reactor winding.
  • the number of turns of the winding layers 1 and the electrical coils to be manufactured are determined in such a way that both the desired inductance is achieved and the desired current and operating temperature distribution via the parallel-connected winding layers 1 - see FIG , This requirement results in different numbers of turns decreasing predominantly from the inside to the outside for the winding layers 1 connected in parallel.
  • the most uniform possible axial voltage gradient in all winding layers 1 and thus the avoidance of significant voltage differences between the opposite windings of adjacent winding layers 1 is ensured by achieving equal heights or equal axial lengths of the individual winding layers 1, ie by maintaining the same winding layer heights H possible. This is achieved by adapting the height GH1, GH2, GH3 of the conductor or conductor bundle 6 measured in the axial direction of the winding layers 1 to the different numbers of turns of the winding layers 1 connected in parallel.
  • the height GH1, GH2, GH3 of the conductor or conductor bundle 6 in the individual winding layers 1 measured in the axial direction of the winding layers 1 is also referred to as a pitch which defines the dimension of the conductor or conductor bundle 6 in the direction of the winding or coil axis. Due to the number of turns predominantly decreasing from the inner winding layers 1 to the outer winding layers 1, the conductors or conductor bundles 6 have larger dimensions in the outer winding layers 1 in the axial direction.
  • the conductors or conductor bundles 6 of the outer winding layers 1 in a direction parallel to the Spulenl Kunststoffs- or Spulenstoffachse 7 greater heights GH 2, GH3, as the heights GHL the conductor or conductor bundle 6 of the inner winding layer 1 of the coil.
  • the adaptation of the axial height GH1, GH2 or GH3 of the conductor or of the conductor bundle 6 to the respectively required conductor or conductor bundle 6 with approximately or substantially rectangular cross-sectional shape is achieved by pressing a round conductor or a cable-shaped conductor material.
  • the required dimensions of the conductors or conductor bundles 6, in particular the aforementioned pitches GH1, GH2, GH3, are calculated.
  • the increase due to the electrical external insulation of the conductor or conductor bundle 6 to be applied in the following is taken into account when determining the required dimensions.
  • the original conductors to be processed or the conductor bundle strands are formed or pressed onto a substantially rectangular cross-sectional shape with the dimensions calculated in advance.
  • the pressing of the conductor or the conductor bundle is a separate process in the known processes, which is upstream of the actual winding process.
  • the round conductor or the pre-produced conductor bundle runs through several pairs of pinch rollers made of hardened steel.
  • the application of the outer insulation for the conductor or the conductor bundle is integrated into this process. In this case, high-temperature-resistant insulation films and / or impregnable fabric tapes are used.
  • the application of the insulating material takes place immediately after the deformation of the conductor or of the conductor bundle, but in any case before winding up the preformed conductor or the conductor bundle on a winding material supply drum, where the conductor or the conductor bundle is intermediately stored, before that - in a later process - electric coils are wound.
  • the processes of pressing the conductor or conductor bundle and applying the external insulation also have manufacturing tolerances that result in a deviation between the actual and the pre-calculated dimensions of the cross-sectional shape. Since the conductors or the conductor bundles have been wound onto a wrapping material storage drum again after pressing, slight cross-sectional deformations or cross-sectional changes can also occur due to forces that occur in the conductor or conductor bundle during winding. Finally, for the same reason, the cross-sectional dimensions of the conductor or of the conductor bundle 6 may also change during the actual winding process, ie during the winding of the winding layers 1.
  • the contact pressure is understood as meaning the surface load with which the individual turns of a winding layer 1 are pressed against one another in the direction of the central axis 7 of the coil during the winding process by means of a pressing device or with manual pressing tools. If, for example, the conductor or the conductor bundle 6 has too great an axial height GH1, GH2, GH3, the contact pressure is increased. If the axial height GH1, GH2, GH3 is undersized, the contact pressure is reduced, i. it is wrapped "looser".
  • settling in the affected winding layers 1 may occur due to the thermal stress on the winding layers 1 or the single-layer or multi-layer winding. These are in particular shortenings of the winding layer height H of those winding layers 1 which have been wound with reduced contact pressure.
  • the present invention seeks to propose a method and a winding device, can be made more efficient than previously with the coils of the type mentioned, the winding layers are also neither too large contact pressure nor too loose wound.
  • This object is achieved according to the invention in that the deformation of the conductors or bundles of conductors with a deformation device into the essentially rectangular cross section, the insulation of the deformed conductors or conductor bundles and the winding of the conductors or conductor bundles to the desired winding position are carried out in a single operation is that an axial length of an already gewekelfelten part of the winding layer is compared as an actual value with a target value for the already wound part continuously or periodically, that a target pitch for the still wound part of the winding layer is determined and that the deformation device der ⁇ art is adjusted so that the final axial length or winding layer height of the winding layer corresponds to a desired value or desired value.
  • An advantage resulting from the features of the characterizing clause of claim 1 is that by combining the sub-processes, deforming, insulating and winding the conductors or conductor bundles into a closed integrated process costs and cycle time for the production of electrical windings, especially those for dry-insulated choke coils without iron core can be reduced.
  • a further advantage with regard to increasing the quality of the product resulting from the method according to the invention is that at least one of the continuous control or regulation of the dimensions of the conductor or conductor bundle during the laying of the turns during the winding process largely constant contact pressure can be used.
  • the risk of Wicklungs für selspule can be eliminated by the thermal stress in the subsequent operation of the Dros ⁇ selspule.
  • the risk of damage or destruction of the outer insulation for the conductor or the bundle of conductors which has hitherto been present can be minimized or prevented as a result of excessive contact pressure.
  • a winding layer has at least two winding sections with different pitches. As a result, it is possible, for example, to realize winding layers in which differently stressed parts of the winding are provided with a different insulation or a different insulation thickness.
  • a winding device which is characterized in that it comprises at least one deformation device, at least one device for isolating and at least one automatic or manually operated regulating device which adjusts or deforms the deformation device via which the deformation device is adjustable such that the final axial length or winding layer height of the winding layer corresponds to a predetermined value or nominal value.
  • the regulating device is designed for the automated or user-assisted change of the adjustment values of the deformation device during a running winding process.
  • continuous intervention or continuous or quasi-continuous regulation of the deformation values is possible, so that the desired values of the final winding position are best possible can be achieved.
  • a production with short cycle times is possible.
  • control device provision is made for the control device to be designed for the automated or user-assisted change of the adjustment values of the device during an ongoing winding process. This also makes it possible to achieve the dimensional setpoint values of the winding layer to be produced sufficiently accurately, in particular if the regulating interventions take place prematurely or continuously or periodically. Likewise, too great variations in the shaping of the conductor or conductor bundles can thereby be avoided.
  • FIG. 1 shows a detail of a coil of three coaxially arranged, cylindrical winding layers according to the prior art in a simplified, schematic illustration
  • FIG. 2 shows a detailed detail from FIG. 1 on an enlarged scale
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of an embodiment of the method according to the invention for producing winding layers of a coil winding
  • Fig. 4 is a highly schematic view of a winding device for carrying out the inventive method.
  • FIG. 3 shows schematically an embodiment of the method according to the invention.
  • the process of the production of the coil or the processing of the conductor or conductor bundle 6 is framed in the figure by a broken line and denoted by 13. It comprises the steps of the deformation 12 of the conductor or conductor bundle 6, the insulation 14 and the winding 15 for the required winding layer 1 or coil winding.
  • the axial length or height of the wound winding layer 1 or coil is measured continuously or periodically by a measuring element 17, wherein at the same time the number of already wound turns is determined by an acquisition or counting element, not shown. From these values, a computing element 18 determines an expected actual value 9 of the coil height or axial winding layer height H. This is compared with the setpoint value 8 of the coil height or winding layer height H and a control device 10 calculates therefrom a manipulated variable for an actuator 11 of the deformation device 12 ,
  • an automated control device 10 it is also possible to provide a manually operated control device 10.
  • a manually operated control device 10 by means of an adjusting device to be changed manually, especially for the forming elements, in particular the pinch rollers of the deformation device 12, a change in the working values and an adaptation or exact approximation to the desired value 8 of the final winding layer height H can be achieved.
  • the disturbance variables which act on the integrated overall process and thus influence the pitch of the conductors or conductor bundles 6 are denoted by 16 in FIG.
  • These are in particular tolerances in the adjustment of the shaping elements, in particular the pinch rollers to changes in dimensions by the pressure relief after the squeezing rollers, especially when crushing conductor bundles, tolerances in the application of the outer insulation and deformation forces in the head or autism ⁇ bundle 6 during winding of the winding layer 1 or coil arise.
  • the latter are dependent, among others, on the geometric dimensions of the conductor or conductor bundle 6 and the winding diameter.
  • the method according to the invention also includes the possibility of realizing different pitches GH1, GH2, GH3 for these sections of the winding layer 1 by specifying target heights for specific winding sections within a winding layer 1. This is particularly useful for the consideration of different external insulation of the conductor or conductor bundle 6 for differently loaded winding sections. So it becomes e.g.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a winding device 20 according to the invention.
  • these conductors or conductor bundles successively pass through a device 12 for deformation and a device 14 for insulating the conductors or the conductor bundles 6 before they are wound at the point 15 to coil form or wound on a winding body and thus virtually "on-line” or continuously, ie processed without substantial interruptions or intermediate deposits to the corresponding winding layers 1 for electric choke coils
  • the conductors or conductor bundles 6 processed with the winding device 20 can thereby be pressed by a pressing device 19 be pressed against each other at a certain, largely constant pressure.
  • the winding device 20 allows automatic or semi-automatic or manually controlled deformation of the conductor or conductor bundle 6 to be wound as a function of the winding layer height H to be achieved without interposition or without curling of the conductor or conductor bundle taking place therebetween Winding layer 1 produced, wherein the adaptation or change of Ver ⁇ forming results of the deformation device 12 during the ongoing winding process, so that the deformation of the processed conductor or conductor bundle 6 is integrated into the process for the production of the electrical coil or winding layer 1.
  • H finished winding layer height
  • the control device 10 may therefore require at least partial interventions or operating procedures by a person or, depending on the integration of various sensors and / or actuators, be more or less automated.
  • winding device 20 it is also possible to involve two or more conductors or conductor bundles 6 in parallel within a winding layer 1.
  • winding device 20 it is also possible with the winding device 20 according to the invention to simultaneously wind two parallel conductors or conductor bundles 6 or to provide a multiple arrangement of the winding device 20 or its components.
  • the illustration of three winding layers 1 according to FIG. 1 or FIG. 2 is also to be understood as an example. In particular, only one winding layer 1 or a plurality of winding layers 1 may be formed.

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Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Herstellen einer Spulenwicklung bestehend aus einer oder mehreren Wicklungslagen, wobei bei mehreren Wicklungslagen einer Spulenwicklung die einzelnen Wicklungslagen unterschiedliche, vorwiegend von innen nach aussen abnehmende Windungszahlen aufweisen. Zur Sicherstellung gleicher Wicklungslagenhöhen wird die Querschnittsform der Leiter beziehungsweise Leiterbündel durch Verformen angepasst. Damit die einzelnen Windungen der Wicklungslagen weder mit zu grossem Anpressdruck noch zu locker gewickelt sind, wird gemäss der Erfindung das Verformen der Leiter beziehungsweise Leiterbündel mit einer Verformungseinrichtung, das Isolieren der verformten Leiter beziehungsweise Leiterbündel und das Wickeln der Leiter beziehungsweise Leiterbündel in einem einzigen Arbeitsgang durchgeführt. Dabei wird die Höhe eines bereits gewickelten Teils der Spulenwicklung als Istwert mit einem Sollwert für den bereits gewickelten Teil fortlaufend verglichen, eine Sollganghöhe für den noch zu wickelnden Teil der Wicklungslage wird ermittelt und die Verformungseinrichtung wird derart eingestellt, dass die finale axiale Länge bzw. Höhe der Wicklungslage einem gewünschten Wert beziehungsweise dem Sollwert entspricht. Ferner ist eine entsprechende Wickelvorrichtung angegeben.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Spulenwicklung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Spulenwicklung bestehend aus einer oder mehreren Wicklungslagen aus im Wesentlichen rechteckig geformten Leitern oder Leiterbündeln sowie eine Wickelvorrichtung zum Herstellen einer Spulenwicklung bestehend aus einer oder mehreren Wicklungslagen aus im Wesentlichen rechteckig geformten Leitern oder Leiterbündeln.
Bei Spulen, insbesondere bei trockenisolierten Drosselspulen ohne Eisenkern mit zwei oder mehreren, unter Freilassung von Spalten, konzentrisch ineinander angeordneten, elektrisch parallel geschalteten zylindrischen Wicklungslagen, ist es bekannt, die Wicklungslagen aus rechteckig geformten Leitern oder Leiterbündeln zu wickeln, wobei die Wicklungslagen un¬ terschiedliche, vorwiegend von innen nach außen abnehmende Windungszahlen aufweisen.
Der grundsätzliche Aufbau von konzentrisch ineinander angeordneten, elektrisch parallel geschalteten Wicklungslagen ist aus dem Stand der Technik, beispielsweise dem Europäi¬ schen Patent EP 0 092 018 Bl bekannt. Die Figuren 1 und 2 zeigen den grundsätzlichen kon¬ struktiven Aufbau derartiger Wicklungslagen 1 bzw. damit aufgebauter Spulenwicklungen. Die konzentrisch ineinander um eine gemeinsame Spulenmittelachse 7 angeordneten Wick- lungslagen 1 , die aus weitgehend rechteckig geformten Leitern oder Leiterbündeln 6 herge¬ stellt sind, werden über Halteelemente 2 an den Spulenenden, beispielsweise so genannte Wicklungssterne aus Metall oder Kunststoff, zusammengehalten. In der Regel werden die in den beiden distalen Endabschnitten der Spule angeordneten Halteelemente 2 über eine Spann¬ konstruktion, z.B. durch mehrere Zugelemente 3 aus imprägnierten Glasfasern, die entlang der Wicklung angebracht werden, zusammengehalten. Zwischen den Halteelementen 2 und den Spulen- bzw. Wicklungsenden werden üblicherweise vor allem dann, wenn die Halteele¬ mente 2 elektrisch leitend sind, Isolationselemente 4 angebracht. Die konzentrisch ineinander angeordneten Wicklungslagen 1 sind in radialer Richtung bevorzugt durch weitere Isolations¬ elemente 5, beispielsweise elektrisch isolierende Spaltleisten, distanziert, um vertikale Spalte für die natürliche Luftkühlung der gesamten Drosselspulenwicklung zu erzeugen. Inwieweit Leiter oder Leiterbündel 6 aus mehreren isolierten Einzelleitern eingesetzt werden, hängt von den zu erwartenden Wirbelstromverlusten ab, die in wirtschaftlichen Grenzen zu halten sind. Die Windungszahlen der Wicklungslagen 1 bzw. der zu fertigenden, elektrischen Spulen werden so festgelegt, dass sowohl die gewünschte Induktivität erzielt wird als auch die ge¬ wünschte Strom- und Betriebstemperaturverteilung über die parallel geschalteten Wicklungs¬ lagen 1 - siehe Fig. 1 - erreicht wird. Mit dieser Forderung ergeben sich unterschiedliche, vorwiegend von innen nach außen abnehmende Windungszahlen für die parallel geschalteten Wicklungslagen 1.
Ein möglichst gleichmäßiger axialer Spannungsgradient in allen Wicklungslagen 1 und damit die Vermeidung wesentlicher Spannungsdifferenzen zwischen den gegenüberliegenden Win- düngen benachbarter Wicklungslagen 1 ist durch die Erzielung gleicher Höhen bzw. gleicher axialer Längen der einzelnen Wicklungslagen 1, also durch die Einhaltung möglichst gleicher Wicklungslagenhöhen H sichergestellt. Dies wird durch Anpassung der in axialer Richtung der Wicklungslagen 1 gemessenen Höhe GHl, GH2, GH3 des Leiters oder Leiterbündels 6 an die unterschiedlichen Windungszahlen der elektrisch parallel geschalteten Wicklungslagen 1 erzielt. Die in axialer Richtung der Wicklungslagen 1 gemessene Höhe GHl, GH2, GH3 des Leiters oder Leiterbündels 6 in den einzelnen Wicklungslagen 1 wird auch als Ganghöhe bezeichnet, welche die Abmessung des Leiters oder Leiterbündels 6 in Richtung der Wick- lungs- bzw. Spulenachse definiert. Aufgrund der vorwiegend von den inneren Wicklungsla¬ gen 1 zu den äußeren Wicklungslagen 1 abnehmenden Windungszahlen, weisen die Leiter oder Leiterbündel 6 in den äußeren Wicklungslagen 1 in Achsrichtung größere Abmessungen auf. Insbesondere weisen die Leiter oder Leiterbündel 6 der äußeren Wicklungslagen 1 in paralleler Richtung zur Spulenlängs- bzw. Spulenmittelachse 7 größere Höhen GH 2, GH3 auf, als die Höhen GHl der Leiter oder Leiterbündel 6 der inneren Wicklungslage 1 der Spule.
Die Anpassung der axialen Höhe GHl, GH2 oder GH3 des Leiters oder des Leiterbündels 6 zum jeweils benötigten Leiter oder Leiterbündel 6 mit annähernd bzw. weitgehend rechtecki¬ ger Querschnittsform erfolgt durch Pressen eines Rundleiters oder eines seilförmigen Leiter¬ materials. Entsprechend der im Zuge der elektrischen bzw. thermischen Auslegung der Dros¬ selspule ermittelten Windungszahlen für die konzentrisch angeordneten Wicklungslagen 1 werden die erforderlichen Abmessungen der Leiter oder der Leiterbündel 6, insbesondere die zuvor erwähnten Ganghöhen GHl, GH2, GH3, berechnet. Der Zuwachs durch die in der Fol¬ ge aufzubringende, elektrische Außenisolation des Leiters oder Leiterbündels 6 wird bei der Festlegung der erforderlichen Abmessungen berücksichtigt. Nach dem bekannten Stand der Technik werden die zu verarbeitenden, ursprünglichen Leiter oder die Leiterbündelstränge auf eine weitgehend rechteckige Querschnittsform mit den fix vorausberechneten Abmessungen umgeformt bzw. gepresst. Das Pressen des Leiters oder des Leiterbündels ist bei den bekannten Abläufen ein separater Prozess, der dem eigentlichen Wickelprozess vorgelagert ist. Der runde Leiter oder das rund vorproduzierte Leiterbündel läuft dabei durch mehrere Paare von Quetschrollen aus gehärtetem Stahl. In der Regel wird das Aufbringen der Außenisolation für den Leiter oder das Leiterbündel in diesen Prozess integriert. Dabei werden hochtemperaturbeständige Isolationsfolien und/oder imprägnierfähi- ge Gewebebänder verwendet. Die Aufbringung des Isolationsmaterials erfolgt dabei unmit¬ telbar nach der Verformung des Leiters bzw. des Leiterbündels, in jedem Fall aber vor dem Aufwickeln des vorgeformten Leiters oder des Leiterbündels auf eine Wickelmaterial- Vor¬ ratstrommel, wo der Leiter bzw. das Leiterbündel zwischengespeichert wird, bevor damit - in einem späteren Prozess - elektrische Spulen gewickelt werden.
Wie jeder andere Fertigungsprozess weisen auch die Prozesse des Pressens des Leiters oder des Leiterbündels und des Aufbringens der Außenisolation Fertigungstoleranzen auf, die zu einer Abweichung zwischen den tatsächlichen und den vorausberechneten Abmessungen der Querschnittsform führen. Da die Leiter oder die Leiterbündel nach dem Pressen bislang wie- der auf eine Wickelmaterial-Speichertrommel aufgewickelt werden, kann es auch dabei durch Kräfte, die im Leiter oder Leiterbündel beim Aufwickeln entstehen, zu geringfügigen Querschnittsverformungen bzw. Querschnittsveränderungen kommen. Schließlich können sich aus dem selben Grund auch noch beim eigentlichen Wickelprozess, d.h. beim Wickeln der Wicklungslagen 1, die Querschnittsabmessungen des Leiters oder des Leiterbündels 6 verändern. Alle diese Faktoren bzw. Einflüsse, die erst nach dem Pressen des Leiters oder des Leiterbündels 6 die Querschnittsabmessungen verändern können, haben zur Folge, dass u.a. die axialen Wicklungsabmessungen bzw. die axialen Wicklungshöhen H der konzentrischen Wicklungslagen 1 nicht exakt gleich sind. Dies bedeutet, dass es im Betrieb der Drossel¬ spulen zu elektrischen Spannungsdifferenzen zwischen gegenüberliegenden Windungen be- nachbarter Wicklungslagen 1 kommt. Abweichungen von der vorausberechneten Wicklungs¬ lagenhöhe H führen darüber hinaus zu Abweichungen von der gewünschten Strom- bzw. Temperaturverteilung über die parallel geschalteten Wicklungslagen 1. - A -
Es ist bisher gängige Praxis, entweder diese Abmessungstoleranzen trotz der erwähnten Nachteile zu akzeptieren oder diese Toleranzen durch unterschiedlichen Anpressdruck der Windungen während des Wickelvorganges soweit wie möglich auszugleichen. Unter dem Anpressdruck versteht man jene Flächenbelastung, mit der die einzelnen Windungen einer Wicklungslage 1 während des Wickelvorganges über eine Anpressvorrichtung oder mit hän¬ dischen Presswerkzeugen in Richtung der Spulenmittelachse 7 gegeneinander gedrückt wer¬ den. Hat beispielsweise der Leiter oder das Leiterbündel 6 eine zu große axiale Höhe GHl, GH2, GH3, wird der Anpressdruck erhöht. Weist die axiale Höhe GHl, GH2, GH3 ein Untermaß auf, so wird der Anpressdruck reduziert, d.h. es wird" lockerer" gewickelt. In letz- terem Fall kann es im späteren Betrieb der Drosselspule durch die thermische Beanspruchung der Wicklungslagen 1 bzw. der ein- oder mehrlagigen Wicklung zu Setzungen in den betrof¬ fenen Wicklungslagen 1 kommen. Dies sind insbesondere Verkürzungen der Wicklungs¬ lagenhöhe H jener Wicklungslagen 1, die mit reduziertem Anpressdruck gewickelt wurden.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Wickelvorrichtung vorzuschlagen, mit dem Spulen der genannten Art rationeller als bisher hergestellt werden können, wobei die Wicklungslagen zudem weder mit zu großem Anpressdruck noch zu locker gewickelt sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Verformen der Leiter bezie¬ hungsweise Leiterbündel mit einer Verformungseinrichtung in den im Wesentlichen recht¬ eckigen Querschnitt, das Isolieren der verformten Leiter beziehungsweise Leiterbündel und das Wickeln der Leiter beziehungsweise Leiterbündel zur gewünschten Wicklungslage in einem einzigen Arbeitsgang durchgeführt wird, dass eine axiale Länge eines bereits gewi- ekelten Teils der Wicklungslage als Istwert mit einem Sollwert für den bereits gewickelten Teil fortlaufend oder periodisch verglichen wird, dass eine Sollganghöhe für den noch zu wickelnden Teil der Wicklungslage ermittelt wird und dass die Verformungseinrichtung der¬ art eingestellt wird, dass die finale axiale Länge oder Wicklungslagenhöhe der Wicklungs¬ lage einem gewünschten Wert beziehungsweise Sollwert entspricht.
Ein sich durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 ergebender Vorteil besteht darin, dass durch das Zusammenführen der Teilprozesse Verformen, Isolieren und Wickeln der Leiter oder Leiterbündel zu einem geschlossenen integrierten Prozess Kosten und Durchlaufzeit für die Herstellung von elektrischen Wicklungen, insbesondere solcher für trockenisolierte Drosselspulen ohne Eisenkern, reduziert werden.
Neben der Reduktion von Prozesskosten und Durchlaufzeiten besteht ein Vorteil darin, dass die Isolationsmaterialien mechanisch weniger beansprucht und damit besser vor Beschädi¬ gungen geschützt werden. Ein weiterer Vorteil im Hinblick auf die Erhöhung der Produkt¬ qualität, der sich durch das erfindungsgemäße Verfahren ergibt, besteht darin, dass durch die kontinuierliche Steuerung bzw. Regulierung der Abmessungen des Leiters beziehungsweise Leiterbündels bei der Verlegung der Windungen während des Wickelvorganges ein zumin- dest weitgehend konstanter Anpressdruck verwendet werden kann. Damit kann das Risiko von Wicklungssetzungen durch die thermische Beanspruchung im späteren Betrieb der Dros¬ selspule eliminiert werden. Ferner kann dadurch das bisher vorhandene Risiko von Beschädi¬ gungen oder Zerstörungen der äußeren Isolation für den Leiter oder das Leiterbündel infolge zu hohen Anpressdruckes minimiert bzw. hintan gehalten werden.
Nach einer Ausführungsart der Erfindung weist eine Wicklungslage mindestens zwei Wick¬ lungsabschnitte mit unterschiedlichen Ganghöhen auf. Dadurch können beispielsweise Wick¬ lungslagen realisiert werden, bei denen unterschiedlich beanspruchte Teile der Wicklung mit einer unterschiedlichen Isolation bzw. einer unterschiedlichen Isolationsstärke versehen sind.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch eine Wickelvorrichtung gelöst, die dadurch ge¬ kennzeichnet ist, dass sie mindestens eine Verformungseinrichtung, mindestens eine Vorrich¬ tung zum Isolieren und mindestens eine automatische oder manuell zu bedienende Regelein¬ richtung aufweist, welche die Verformungseinrichtung derart einstellt beziehungsweise über welche die Verformungseinrichtung derart einstellbar ist, dass die finale axiale Länge oder Wicklungslagenhöhe der Wicklungslage einem vorbestimmten Wert beziehungsweise Soll¬ wert entspricht.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regelein- richtung zur automatisierten oder benutzerunterstützten Veränderung der Einstellungswerte der Verformungseinrichtung während eines laufenden Wickelprozesses ausgebildet ist. Da¬ durch ist ein stetiger Eingriff bzw. eine kontinuierliche oder quasi-kontinuierliche Regelung der Verformungswerte möglich, sodass die Sollwerte der finalen Wicklungslage bestmöglich erreicht werden können. Darüber hinaus ist eine Produktion mit kurzen Durchlaufzeiten er¬ möglicht.
Nach einer alternativen Ausfuhrung ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung zur automati- sierten oder benutzerunterstützten Veränderung der Einstellungswerte der Vorrichtung zum Isolieren während eines laufenden Wickelprozesses ausgebildet ist. Auch dadurch sind die Abmessungs-Sollwerte der zu produzierenden Wicklungslage ausreichend exakt erreichbar, insbesondere wenn die regelnden Eingriffe frühzeitig bzw. fortlaufend oder periodisch erfol¬ gen. Ebenso können dadurch allzu große Variationen in der Formgebung der Leiter bezie- hungsweise Leiterbündel vermieden werden.
Eine Spule nach dem Stand der Technik und Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nach¬ stehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beispielsweise beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Ausschnitt einer Spule aus drei koaxial angeordneten, zylindrischen Wick¬ lungslagen nach dem Stand der Technik in vereinfachter, schematischer Darstel¬ lung;
Fig. 2 einen Detailausschnitt aus Figur 1 in vergrößertem Maßstab;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsart des erfindungsgemäßen Ver¬ fahrens zum Herstellen von Wicklungslagen einer Spulenwicklung;
Fig. 4 eine stark schematisierte Ansicht einer Wickelvorrichtung zur Durchführung des erfmdungsgemäßen Verfahrens.
Einführend sei festgehalten, dass die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen sind und bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen sind. Weiters können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschrie¬ benen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen. Die Ausfuhrungsbeispiele zeigen mögliche Ausfuh¬ rungsvarianten der Erfindung, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt ist.
Der Aufbau der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Spulen ist aus dem Stand der Technik bekannt und wurde vorhergehend bereits beschrieben.
Figur 3 zeigt schematisch eine Ausfuhrungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Pro- zess der Spulenherstellung bzw. der Verarbeitung des Leiters beziehungsweise Leiterbündels 6 ist in der Figur durch eine unterbrochene Linie umrahmt und mit 13 bezeichnet. Er umfasst die Schritte der Verformung 12 des Leiters beziehungsweise Leiterbündels 6, des Isolierens 14 und des Wickeins 15 zur geforderten Wicklungslage 1 bzw. Spulenwicklung. Die axiale Länge bzw. Höhe der gewickelten Wicklungslage 1 bzw. Spule wird fortlaufend oder perio¬ disch durch ein Messglied 17 gemessen, wobei gleichzeitig die Anzahl der bereits gewickel- ten Windungen durch ein nicht dargestelltes Erfassungs- bzw. Zählglied festgestellt wird. Aus diesen Werten ermittelt ein Rechenglied 18 einen zu erwartenden Istwert 9 der Spulen¬ höhe bzw. axialen Wicklungslagenhöhe H. Dieser wird mit dem Sollwert 8 der Spulenhöhe bzw. Wicklungslagenhöhe H verglichen und eine Regeleinrichtung 10 berechnet daraus eine Stellgröße für ein Stellglied 11 der Verformungseinrichtung 12.
Alternativ zur Verwendung einer automatisierten Regeleinrichtung 10 ist es auch möglich, eine manuell zu bedienende Regeleinrichtung 10 vorzusehen. Beispielsweise kann mittels einer händisch zu verändernden Justiervorrichtung, vor allem für die Umformelemente, ins¬ besondere die Quetschrollen der Verformungseinrichtung 12, eine Veränderung der Arbeits- werte und eine Anpassung bzw. möglichst exakte Annäherung an den Sollwert 8 der finalen Wicklungslagenhöhe H erzielt werden. Selbstverständlich kann auch die Erfassung der aktu¬ ellen Istwerte für die Wicklungslagenhöhe H bzw. für die aktuelle Ganghöhe GHl, GH2, GH3 manuell, halbautomatisch oder automatisch über geeignete Sensoren ausgeführt werden. Anstelle der fortlaufenden oder periodischen Messung der Spulen- bzw. Wicklungslagenhöhe H ist es auch möglich, anhand der jeweiligen Ganghöhe GHl, GH2, GH3 auf der entstehen¬ den Wicklungslage 1 und anhand der erreichten Windungsanzahl, den Istwert der aktuellen Wicklungslagenhöhe H zu ermitteln, den zu erwartenden Istwert 9 der Wicklungslagenhöhe H vorauszubestimmen und über eine Justierung bzw. Regulierung der Verformungseinrich- tung 12 mittels einem manuellen oder automatisierten, beispielsweise motorisierten, Stell¬ glied 11 frühzeitig auf den laufenden Wickelprozess einzuwirken, sodass der Sollwert 8 für die Wicklungslagenhöhe H der endgefertigten Wicklungslage 1 möglichst exakt erreicht wird.
Die Störgrößen, die auf den integrierten Gesamtprozess einwirken und damit die Ganghöhe der Leiter oder Leiterbündel 6 beeinflussen, sind in der Figur 3 mit 16 bezeichnet. Es handelt sich dabei insbesondere um Toleranzen bei der Einstellung der Formgebungselemente, insbe¬ sondere der Quetschrollen, um Veränderungen der Abmessungen durch die Druckentlastung nach den Quetschrollen, insbesondere beim Quetschen von Leiterbündeln, um Toleranzen bei der Aufbringung der Außenisolation und um Formänderungskräfte, die im Leiter oder Leiter¬ bündel 6 beim Wickeln der Wicklungslage 1 bzw. Spule entstehen. Letztere sind unter ande¬ rem von den geometrischen Dimensionen des Leiters beziehungsweise Leiterbündels 6 und dem Wickeldurchmesser abhängig.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst auch die Möglichkeit, durch Vorgabe von Soll¬ höhen für bestimmte Wicklungsabschnitte innerhalb einer Wicklungslage 1 unterschiedliche Ganghöhen GHl, GH2, GH3 für diese Abschnitte der Wicklungslage 1 zu realisieren. Dies ist insbesondere zur Berücksichtigung von unterschiedlichen Außenisolierungen des Leiters oder Leiterbündels 6 für unterschiedlich beanspruchte Wicklungsabschnitte zweckmäßig. So wird es z.B. vereinfacht möglich, die Leiter bzw. Leiterbündel 6 in den distalen Stirnendab¬ schnitten der Wicklungslagen 1 mit anderer, insbesondere mit stärkerer bzw. dickerer Isola¬ tion zu versehen, als die Leiter bzw. Leiterbündel 6 im mittleren Abschnitt einer Wicklungs¬ lage 1. Die Veränderung der Stärke der Isolation des Leiters bzw. Leiterbündels 6 wird durch das erfindungsgemäße Verfahren bei der Ermittlung des Sollwertes 8 berücksichtigt, wo¬ durch auch bei unterschiedlichem Isolationsaufbau innerhalb einer Wicklungslage 1 die finale bzw. endgültige Wicklungslagenhöhe H möglichst genau eingehalten wird.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Wickelvorrichtung 20. Ausgehend von einer Vorratsspule 21 mit dem zu verarbeitenden Leitungsmaterial durchlau¬ fen diese Leiter beziehungsweise Leiterbündel nacheinander eine Einrichtung 12 zur Verfor¬ mung und eine Einrichtung 14 zur Isolierung der Leiter bzw. der Leiterbündel 6, bevor sie an der Stelle 15 zu Spulenform gewickelt bzw. auf einen Wickelkörper aufgewickelt und somit quasi „online" bzw. kontinuierlich, d.h. ohne wesentliche Unterbrechungen bzw. Zwischen¬ lagerungen zu den entsprechenden Wicklungslagen 1 für elektrische Drosselspulen verarbei¬ tet werden. Die mit der Wickelvorrichtung 20 verarbeiteten Leiter bzw. Leiterbündel 6 kön¬ nen dabei durch eine Anpressvorrichtung 19 mit einem bestimmten, weitgehendst konstanten Druck gegeneinander angedrückt werden.
Die Wickelvorrichtung 20 ermöglicht dabei über die Regeleinrichtung 10 eine automatisch, halbautomatisch oder manuell geregelte Verformung der zu wickelnden Leiter oder Leiter¬ bündel 6 in Abhängigkeit der zu erzielenden Wicklungslagenhöhe H der ohne Zwischenlage- rang bzw. ohne dazwischen stattfindender Aufrollung des Leiters beziehungsweise Leiter¬ bündels 6 produzierten Wicklungslage 1, wobei die Anpassung bzw. Veränderung der Ver¬ formungsergebnisse der Verformungseinrichtung 12 während des laufenden Wickelprozesses erfolgt, sodass die Verformung des zu verarbeitenden Leiters oder Leiterbündels 6 in den Prozess für die Herstellung der elektrischen Spule bzw. Wicklungslage 1 integriert ist.
Wie in Fig. 4 mit strichlierten Linien dargestellt, ist es auch möglich, der Einrichtung 14 zur Isolierung eine Regeleinrichtung 10 bzw. ein Stellglied zur Beeinflussung der Abmessungen, insbesondere der Höhe GHl, GH2, GH3 des Leiters beziehungsweise Leiterbündels 6 zu¬ zuordnen, über welche während des laufenden Wickelprozesses der Wickelvorrichtung 20 automatisiert geregelt, halbautomatisch oder manuell eingegriffen wird, sodass eine finale axiale Länge bzw. eine fertige Wicklungslagenhöhe (H) der gefertigten Wicklungslage 1 möglichst exakt dem vorbestimmten Sollwert 8 entspricht.
Die Regeleinrichtung 10 kann also zumindest teilweise Eingriffe bzw. Bedienvorgänge durch eine Person erfordern bzw. je nach Einbindung diverser Sensoren und/oder Aktoren mehr oder weniger automatisiert ausgebildet sein.
Selbstverständlich ist es auch möglich, zwei oder mehrere Leiter oder Leiterbündel 6 inner¬ halb einer Wicklungslage 1 parallel zu verwickeln. Insbesondere ist es mit der erfindungsge- mäßen Wickelvorrichtung 20 auch möglich, zwei parallele Leiter oder Leiterbündel 6 gleich¬ zeitig zu wickeln bzw. eine Mehrfachanordnung der Wickelvorrichtung 20 bzw. deren Kom¬ ponenten vorzusehen. Die Darstellung von drei Wicklungslagen 1 gemäß Fig.l bzw. Fig. 2 ist ebenso als beispielhaft zu verstehen. Insbesondere kann auch nur eine Wicklungslage 1 oder eine Vielzahl von Wicklungslagen 1 ausgebildet sein.
Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus der Spulen diese bzw. deren Bestandteile teilweise unmaßstäblich und/oder ver- größert und/oder verkleinert dargestellt wurden.
Bezugszeichenaufstellung
1 Wicklungslage
2 Halteelement
3 Zugelement
4 Isolationselement
5 Isolationselement
6 Leiterbündel
7 Spulenmittelachse
8 Sollwert Spulenhöhe/Wicklungslage
9 erwarteter Istwert Spulenhöhe/
Wicklungslage
10 Regeleinrichtung
11 Stellglied
12 Verformung
13 Prozess
14 Isolieren
15 Wickeln
16 Störgröße
17 Messglied 18 Rechenglied
19 Anpressvorrichtung
20 Wickelvorrichtung
21 Vorratsspule
H Wicklungslagenhöhe
GHl Höhe des Leiters/Leiterbündels
GH2 Höhe des Leiters/Leiterbündels GH3 Höhe des Leiters/Leiterbündels

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zum Herstellen einer Spulenwicklung, bestehend aus einer oder mehreren Wicklungslagen (1) aus im Wesentlichen rechteckig geformten Leitern oder Leiterbündeln (6), dadurch gekennzeichnet, dass das Verformen der Leiter beziehungsweise Leiterbündel (6) mit einer Verformungseinrichtung (12) in den im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt, das Isolieren der verformten Leiter beziehungsweise Leiterbündel (6) und das Wickeln der Leiter beziehungsweise Leiterbündel (6) zur gewünschten Wicklungslage (1) in einem einzi¬ gen Arbeitsgang durchgeführt wird, dass eine axiale Länge eines bereits gewickelten Teils der Wicklungslage (1) als Istwert mit einem Sollwert für den bereits gewickelten Teil fortlau¬ fend oder periodisch verglichen wird, dass eine Sollganghöhe für den noch zu wickelnden Teil der Wicklungslage (1) ermittelt wird und dass die Verformungseinrichtung derart einge¬ stellt wird, dass die finale axiale Länge oder Wicklungslagenhöhe (H) der Wicklungslage (1) einem gewünschten Wert beziehungsweise Sollwert entspricht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wicklungslage min¬ destens zwei Wicklungsabschnitte mit unterschiedlichen Ganghöhen aufweist.
3. Wickelvorrichtung zum Herstellen einer Spulenwicklung bestehend aus einer oder mehreren Wicklungslagen (1) aus im Wesentlichen rechteckig geformten Leitern oder Lei¬ terbündeln (6), dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine Verformungseinrichtung (12), mindestens eine Vorrichtung (14) zum Isolieren und mindestens eine automatische oder manuell zu bedienende Regeleinrichtung (10) aufweist, welche die Verformungseinrichtung (12) derart einstellt beziehungsweise über welche die Verformungseinrichtung (12) derart einstellbar ist, dass die finale axiale Länge oder Wicklungslagenhöhe (H) der Wicklungslage (1) einem vorbestimmten Wert beziehungsweise Sollwert entspricht.
4. Wickelvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelein¬ richtung (10) zur automatisierten oder benutzerunterstützten Veränderung der Einstellungs- werte der Verformungseinrichtung (12) während eines laufenden Wickelprozesses ausge¬ bildet ist.
5. Wickelvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die
Regeleinrichtung (10) zur automatisierten oder benutzerunterstützten Veränderung der Ein¬ stellungswerte der Vorrichtung (14) zum Isolieren während eines laufenden Wickelprozesses ausgebildet ist.
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