DE2217597A1 - Spule für Elektrowerkzeuge, Nietmaschinen oder dergleichen, sowie Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Description

Xnmelder: The Boeing Company., Post Office Box 3707, Seattle, Washington, USA

Spule für Elektrowerkzeuge, Nietmaschinen oder dergleichen, sowie Verfahren zu deren Herstellung

Die Erfindung betrifft eine Spule für Elektrowerkzeuge, Nietwerkzeuge, Nietmaschinen oder dergleichen Einrichtungen, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.

Die Erfindung betrifft insbesondere die elektromagnetische Betätigungseinrichtung eines bekannten Nietwerkzeugs (US-PS 3 559 269), sowie Werkzeuge und Maschinen zur Materialverformung mit einer elektromagnetischen Antriebseinrichtung.

Es sind zahlreiche Verfahren zur Ausübung elektromagnetischer Kräfte zum Zwecke einer Materialverformung bekannt. Bei allen Verfahren findet eine Spule Verwendung, mit der durch einen elektrischen Stromstoß ein elektromagnetisches Feld mit hoher Feldstärke erzeugt wird. Die elektrische und mechanische Konstruktion der Spule ist von vielen Faktoren abhängig, die in erster Linie durch den speziellen Anwendungszweck bestimmt sind. Die elektrischen Eigenschaften der Spule werden durch deren Größe, den Drahtquerschnitt, die Leitfähigkeit, die Anzahl von Wicklungen und die Gesamtausbildung bestimmt. Sobald die einem speziellen

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Anwendungszweck entsprechenden Spulenparameter berechnet sind, sind jedoch noch weitere Schwierigkeiten hinsichtlich der mechanischen Konstruktion bei der Herstellung der Spule zu berücksichtigen. Die mechanischen Parameter bestimmen beispielsweise die mechanische Stabilität der Spule, den zulässigen Temperaturbereich, die Isoliereigenschaften, de Reproduzierbarkeit sowie Kombinationen dieser Merkmale. Bei der Entwicklung elektromagnetischer Spulen zur Durchführung von Nietverfahren hat sich gezeigt, daß wegen der im Vergleich zu anderen Anwendungsfällen elektromagnetischer Spulen wesentlich unterschiedlichen Anforderungen die bekannten Herstellungsverfahren für Spulen nicht geeignet sind, die gewünschten Eigenschaften für übliche Nietverfahren zu gewährleisten. Beispielsweise sind die Verfahren zur Herstellung von Spulen nicht geeignet, die für solche Anwendungszwecke bestimmt sind, bei denen nur einmalig ein Stromstoß hindurchgeschickt wer den soll, wonach diese nach Erzeugung eines sehr starken Magnetfelds zerstört und ersetzt werden'müssen. Auch die Herstellungsverfahren für Spulen, durch die einige hundert oder einige tausend Stromstöße hindurchgesandt werden können, wobei die Zeitintervalle zwischen der Erregung groß genug sind, um eine ausreichende Wärmeableitung zu ermöglichen, oder bei denen die Energiedichte auf einen zulässigen Wert beschränkt wird, sind für den vorliegenden Anwendungsfall nicht geeignet.

Die grundsätzlichen Anforderungen an eine Spule für eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung zur Durchführung eines Nietverfahrens bestehen darin, daß die Spule die maximale Nietkraft bei maximaler Feldstärke bei einerminimalen Umrandungskurve erzeugt, wobei die mechanischen Belastungen trotz vieler Stromstöße pro Minute während tausenden von Arbeitsvorgängen aufgenommen werden müssen. Eine Verschlechterung der Spuleneigenschaften während deren Standzeit, beispielsweise durch eine allmähliche Änderung der Spulengeometrie, könnte nämlich zur Beeinträchtigung der Arbeitsweise oder zu dem Ausfall des Werkzeugs oder der Maschine führen.

Da es wünschenswert ist, bei Produktionseinrichtungen auswechselbare Spulen verfügbar zu haben, ist ein Herstellungsverfahren erforderlich, welches die Reproduzierbarkeit der wesentlichen

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Spuleneigenschaften zu gewährleisten. Es ist ferner wichtig, daß das Herstellungsverfahren eine ausreichende Zuverlässigkeit, eine hohe Lebensdauer und eine zufriedenstellende Wirtschaftlichkeit gewährleistet.

Bei der ursprünglichen Entwicklung derartiger Spulen wurde versucht, übliche Herstellungsverfahren anzuwenden. Dabei ergab sich jedoch ein verhältnismäßig niedriger Wirkungsgrad der elektromagnetischen Einrichtung, was zur Erhöhung der Schwierigkeit hinsichtlich Isolation und Wärmeableitung führte, weil wegen des geringen Wirkungsgrads höhere elektrische Leistungen erforderlich waren. Übliche Spulen dieser Art bestanden aus einer naßgewickelten, mit Epoxyharz und Glasfaser isolierten Spule, die entweder mit ihren endgültigen Abmessungen vergossen oder in einem zur Ausformung dienenden elektrischen Haltering vergossen wurden. Die Anschlüsse der Spule wurden dann gewöhnlich an den Spulenkörper angelötet und an der Rückseite der Spule angeschlossen. Nachteile dieser bekannten Konstruktion, die bei anderen Anwendungszwecken zwar nicht kritisch sind und zugelassen werden können, bestehen z.B. darin, daß die Naßwicklung keine genaue Beibehaltung der Spulengeometrie, der Leiterabstände und der Isolation der Stirnflächen gewährleistet. Ferner werden verhältnismäßig dicke Isolierschichten bei diesen bekannten Verfahren benötigt, um eine ausreichende dielektrische Festigkeit zu erzielen, was jedoch zu einem geringeren Wirkungsgrad und deshalb zu schwierigeren Wärmeableitungsproblemen führt. Ein weiteres Problem bei Spulen mit Epoxyharz ist die verhältnismäßig geringe Temperaturbeständigkeit, welche die Frequenz der Stromstöße beschränkt oder zu einer frühen mechanischen Zerstörung führt. Um einen maximalen Wirkungsgrad der Spule zu erzielen, wird eine solche Leitfähigkeit der Leiterdrähte ausgewählt, daß sich ein optimaler Wert für eine gegebene mechanische Anforderung hinsichtlich der Festigkeit ergibt. Bei der Verwendung von reinem Kupfer ergibt sich eine zusätzliche Schwierigkeit hinsichtlich der mechanischen Haftfestigkeit zwischen Kupfer und dem Epoxyharz, wodurch die Struktur geschwächt wird.

Eine weitere Schwierigkeit besteht hinsichtlich der Trennung tragbarer Nietwerkzeuge von der elektrischen Spannungsquelle,

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weshalb die Herstellung einer lösbaren mechanischen Verbindungseinrichtung wünschenswert wäre, die für hohe elektrische Leistungen geeignet ist und ein Koaxialkabel aufweist, das einen geeigneten Anschluß und dessen Trennung ermöglicht.

Aus den obigen Ausführungen ist ersichtlich, daß die Verwendung bekannter Verfahren in diesem Zusammenhang zu wesentlichen Schwierigkeiten und in vielen Fällen zu nicht zufriedenstellenden Lösungen führt.

Entsprechend den obigen Ausführungen besteht deshalb ein Bedürfnis für eine einfach konstruierte, zuverlässige elektromagnetische Betätigungseinrichtung für ein leistungsfähiges tragbares Nietwerkzeug. Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine derartige Einrichtung zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie zu schaffen, die eine besondere Spulenkorfibruktion aufweist, welche die Herstellung einer Spule ermöglicht, mit der optimale Stoßkräfte bei den maximalen Feldintensitäten innerhalb der kleinsten Umhüllungskurve erzeugt werden können, während andererseits bei der Arbeitsfrequenz auftretende mechanische Belastungen mit mehreren Stromstößen pro Minute auch nach tausenden von Stromstößen aufgenommen werden können. Ferner soll ein Arbeitsverfahren angegeben werden, welches die Reproduzierbarkeit der elektromagnetischen Eigenschaften gewährleistet, sowie Zuverlässigkeit, hohe Lebensdauer und Wirtschaftlichkeit. Die Spule soll eine monolithische Konstruktion aufweisen. Ihre Stirnfläche soll gegen mechanische Abnutzung bei Rückstößen durch die Verwendung eines aerostatxschen Lagers geschützt werden. Ferner soll eine wirksame Kühlung der Spule und der Antriebsstirnfläche durch das Medium desaerostatxschen Lagers erzielt werden. Die Verbindungseinrichtung soll eine schnelle mechanische Trennung zwischen Spule und Versorgungsleitung bei der sehr hohen elektrischen Leistung ermöglichen. Schließlich soll eine Schlageinrichtung angegeben werden, die eine Isoliereinrichtung zum Schutz des Benutzers aufweist, indem die elektromagnetischen Betätigungsflächen der Spule und der Schlageinrichtung von der Betätigungsfläche der Schlageinrichtung isoliert werden.

Die Erfindung ist durch die Gegenstände der Patentansprüche gekennzeichnet.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein.- teilweise im Schnitt dargestelltes Nietwerkzeug gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Anordnung mit einer elektromagnetischen Spule gemäß der Erfindung?

Fig. 3 ein Spulengehäuse für eine Spule gemäß Fig. 2, vor dem endgültigen Zusammensetzen;

Fig. 4 ein Fig. 3 entsprechendes zusammengesetztes Spulengehäuse;

Fig. 5 einen Querschnitt durch die Spule in Fig. 3;

Fig. 6-13 Herstellungsstufen bei der Herstellung der Spule in Fig. 3;

Fig. 14-17 weitere Ausführungsbeispiele von Spulengeometrien gemäß der Erfindung; und

Fig. 18 eine auseinandergezogene Darstellung einer elektrischen Verbindungseinrichtung zum Anschluß der Spule an ein Verbindungskabel.

Das in Fig. 1 dargestellte Nietwerkzeug enthält eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung mit einer Schlageinrichtung 2, einer Spuleneinrichtung 3, einemaerostatischen Lager mit einem Druckmitteleinlaß 4, sowie eine Verbindungseinrichtung 5. Die Schlageinrichtung 2 weist eine leitende Antriebsplatte 21, eine Antriebsscheibe 22, einen Isolierstopfen 23, eine Schlagwelle 24 sowie eine Formmatrize 25 auf. Die Platte 21 und die Scheibe 22 der Schlageinrichtung bestehen aus einem elektrisch und thermisch gut leitenden Material, um einen optimalen elektrischen Wirkungsgrad bei der elektromagnetischen Energieumwandlung sowie eine geeignete Wärmeableitung erzielen zu können. Verwendbare Materialien sind z.B. Kupfer für die Platte 21 und Aluminium für die Scheibe 22. Der Stößel 24 und die Matrize 25 bestehen aus einem Material mit hoher Festigkeit, beispielsweise aus gehärtetem Stahl, um die Stoßenergie auf das Werkstück zu übertragen. Der Isolierstopfen 23 besteht aus dielektrischem Isoliermaterial, welches die Scheibe

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22 von dem Stößel 24 trennt, so daß die Platte 21 der elektromagnetischen Antriebseinrichtung von dem Ende der mechanismen Einrichtung mit dem Stößel 24 elektrisch isoliert ist.

Die Spulenanordnung 3 enthält eine in einem Gehäuse eingebettete Spule 51, einen Haltering 53 für die Spule, eine Einbettung 52 für die Spule sowie Anschlußleitungen 56A und 57A. Die Konstruktion und Herstellung der Spule 51 soll in Verbindung mit den Fig. 2-17 näher erläutert werden.

Die aerostatische Lagereinrichtung hat einen Zufuhrkanal 41, der mit dem Einlaß 4 verbunden ist, sowie ein in Reihe geschaltetes Drosselstück 42. Lagerflächen 43 und 44 sind in dem Strömungsweg des Druckmediums hinter dem Drosselstück 42 vorgesehen. Das Druckmedium strömt durch die Leitung 41 und erfährt in dem Drosselstück 42 ein Druckgefälle, während es zwischen den LagerElächen 43 und 44 auf Atmosphärendruck gelangt. Durch Auswahl des Drucks des zugeführten Druckmittels und der Abmessungen des Drosselstücks wird ein Druckmittelpolster zwischen den Lageroberflächen 43 und 44 erzeugt, welches die Arbeitsfläche der Spule 51 von der Platte 21 trennt. Wie bereits erwähnt wurde, ist der Hauptzweck dieses Luftpolsters der Schutz der Lagerfläche 43 der Spule gegenüber der Lagerfläche an der Platte 21, wodurch gleichzeitig eine kontinuierliche Wärmeabfuhr von der Spule und den Lagerflächen 43, 44 durch das vorbeiströmende Druckmittel erzielt wird. Um eine geeignete Kraftübertragung ohne einen beträchtlichen elektrischen Kopplungsverlust durch einen zu großen Abstand der Spule 51 von der Platte 21 zu erzielen, sollte der kleinstmögliche Spaltabstand zwischen den Lagerflächen 43 und 44 vorgesehen werden. Um den kleinstmöglichen Spaltabstand aufrechtzuerhalten, müssen die gegenüberliegenden Stirnflächen der Spule 51 und der Platte 21 gut eben sein. Das Lager arbeitet in folgender Weise: Wenn die Platte 21 sich zu der Fläche 43 bewegt und der Spaltabstand zwischen der Spule 51 und der Platte 21 verringert wird, kann weniger Druckmedium zwischen den Flächen 43 und 44 hindurchtreten. Deshalb wird der Durchfluß durch das Drosselstück 42 verringert, wodurch ein geringerer Druckabfall entlang des Drosselstücks 42 auftritt. Dies führt zu einer Druckerhöhung in dem Zwischenraum zwischen den Flächen 43 und 44, bis ein Gleichgewicht

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der Kräfte erzielt wird.

Die Verbindungseinrichtung 5 soll später in Verbindung mit Fig. 18 näher erläutert werden.

Die Fig. 2-17 dienen zur Erläuterung der Herstellung und der Konstruktion der elektromagnetischen Spulenanordnung 3. Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die fertiggestellte Spulenanordnung 3, welche die Spule 51, die Einbettung 52 und den Haltering 53 enthält. Die Einzelheiten der Konstruktion und des Herstellungsverfahrens der Spule 51 wird in Verbindung mit Fig. 5 und den weiteren Figuren erläutert. Das Material der Einbettung 52 wird hohen mechanischen Stoßkräften ausgesetzt und erfüllt die folgenden Anforderungen. Es hat einen sehr niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der eine Einbettung von Metallen wie Kupfer und Aluminium ermöglicht, eine geringe Schrumpfung beim Aushärten, eine gute thermische Leitfähigkeit, eine hohe dielektrische Festigkeit sowie eine optimale Kombination von Biegefestigkeit, Kompressionsfestigkeit und Schlagfestigkeit bei Temperaturen oberhalb 149°C (300 F). Betrachtungen praktischer Art sind die Annehmbarkeit der Mischungs- und Handhabungseigenschaften in Verbindung mit möglichen Gefahren, wie giftige Dämpfe oder Beeinträchtigungen der Oberflächeneigenschaften, die von dem Kontakt mit dem Material herrühren könnten. Bevorzugte Materialien haben eine optimale Kombination der oben beschriebenen Eigenschaften, indem sie aus gut temperaturbeständigen Epoxyverbindungen mit einem starken Gehalt an keramischem Füllmaterial bestehen, welche oft zweiteilige wärmehärtende Materialien, die bei erhöhten Temperaturen ausgehärtet werden, sind. Um die mechanischen Eigenschaften des Eiribettungsmaterials wesentlich zu verbessern, wird das Einbettmaterial der Tropfmagnet-Erregerspule mit Schichten von Faserglas verstärkt oder mit Glasfasern vermischt. Das Material der Einbettung 52 dient mehreren Zwecken. Erstens wird dadurch die Spule 51 in dem Haltering 53 eingebettet und gehaltert. Zweitens wird die Spule 51 elektrisch vonihrer Umgebung isoliert, eine Wärmeableitung durch die Einbettung 52 ermöglicht und schließlich werden die Anschlußleitungen 56 und 57 der Spulenanordnung 3 dadurch gehaltert. Die Anschlußleitungen 56 und 57 werden elektromagnetischen Kräften in den Bereichen maximaler

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Feldstärke ausgesetzt/ welche die Leitungen 56 und 57 von der Spule 51 zu trennen versuchen. Ferner fließen durch die Leitungen 56 und 57 Ströme mit hohen Stromstärken in entgegengesetzten Richtungen, wodurch Kräfte zwischen den beiden Anschlußleitungen auftreten. Um die Anschlußleitungen zusätzlich abzustützen, ist der Haltering 53 von einem äußeren Ansatzstück 58 umgeben. Das Einbettmaterial erstreckt sich von dem Hauptkörper durch Schlitze 59 und 60 des Halterings zu dem Ansatzstück 58.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, erstrecken sich die Anschlußleitungen 56 und 57 in radialer Richtung von der Seite der Spule. Dadurch ist eine 100%ige Lagerfläche 61 für die Spulenanordnung erzielbar, im Gegensatz zu bekannten Anschlußverbindungen auf der Rückseite der Spule. Diese Anordnung ermöglicht auch die Anpassung der Verbindungseinrichtung 5 (Fig. 1), die in Verbindung mit Fig. 18 näher erläutert werden soll.

Die zentrale Öffnung 64, die sich in den Hohlraum 65 an der Stirnfläche der Spule erstreckt, ist ein Teil der aerostatischen Lagereinrichtung, die in Verbindung mit Fig. 1 erläutert wurde.

Die Spule 51 und die Einbettung 52 werden von einem Haltering 53 gehaltert. Der Haltering 53 besteht aus verstärktem dielektrischem Material und dient zum Zwecke der Anordnung der Spule 51 durch Bolzen oder sonstige Befestigungseinrichtungen, welche nicht ohne weiteres verwendbar wären, wenn das Einbettungsmaterial vollständig ausgegossen wäre, wegen der Härte des Materials und der mangelnden mechanischen Beanspruchbarkeit. Metallische Halteringe in der Nähe der Spule müssen wegen der dadurch bedingten Verringerung des Wirkungsgrads vermieden werden, falls keine speziellen Vorsichtsmaßnahmen getroffen wurden, wie beispielsweise die Ausbildung radial erstreckender Schlitze in dem Metallring, der zur Verringerung induzierter Wirbelströme vorgesehen werden kann. Die Verankerung der Spule 51 mit dem Haltering 53 wird durch die Verjüngung 11 an den gegenüberliegenden abgeschrägten Oberflächen des äußeren Körpers 63 und des Rings 53 mit Vergußmaterial zwischen diesen beiden Oberflächen erzielt. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, hat der Haltering 53 eine Schulter 72, welche aus

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den folgenden Gründen vorgesehen ist: Erstens wird kein Material für die Einbettung 52 an der Oberfläche 43 freigelegt, und zweitens können verbesserte aerostatische Lagereigenschaften durch den zylindrisch geformten Teil der Schulter 72 erzielt werden. Durch die Ausbildung der Schulter 72 werden eine Reihe von Schwierigkeiten vermieden, die bei der Spulenprüfung mit hohen Stromdichten auftreten. Ein Versuch führte zu winzigen Stücken des Materials der Einbettung 52 in dem Bereich der abgeschrägten Oberfläche, die an der Stirnfläche freigelegt war, welche zwischen der Platte 21 (Fig. 1), der Schlageinrichtung 2 und der Oberfläche 43 eingeschlossen wurde, was zu einer Beschädigung der Isolierung der Spule führte.

Die Fig. 3 und 4 zeigen die Spule 51 und den Haltering 53 vor bzw. nach dem Zusammenbau. Durch Einsetzen der Anschlußleitungen 56 und 57 in die Schlitze 59 und 60 des Halterings 53 kann die Spule 51 in die in Fig. 4 dargestellte Lage bewegt werden. Die Spule 51 mit dem Haltering 53 wird nun in eine Form gebracht, in welcher die Spule 51 mit einem nicht dargestellten Zentrierzapfen konzentrisch zu dem Haltering 53 angeordnet ist. Nach dem Vergießen der Einbettung 52 bildet der Justierzapfen den Hohlraum 65 aus, welcher einen Teil des aerostatischen Lagersystems ist.

Anhand der Fig. 5-13 soll die Konstruktion und die Herstellung der Spule näher erläutert werden. Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch die Spulenanordnung 3, welche einen zentralen Kern 72, einen äußeren Körper 63, eine Isolierschicht 74, eine Isolierschicht 75 auf der gegenüberliegenden Stirnseite der Spule, die Anschlußleitungen 56, 57, die innere Umfalzung 76, dieäußere Umfalzung 77, die Spulenwicklungen 78 sowie eine Isolierung 79 zwischen den Windungen aufweist. Wie bereits erwähnt wurde, wurde bei der Entwicklung dieser Spule festgestellt, daß eine Naßwicklung wesentliche Nachteile hinsichtlich der Gleichförmigkeit der Spulenwicklung mit sich bringt. Deshalb wurde eine monolithische Isolierung entwickelt, um eine ungeeignete Ausbildung der Stirnfläche zu verhindern. Das Herstellungs- und Isolierverfahren gemäß der Erfindung ergibt ein monolithisches Isoliersystem mit einer Isolierschicht aus einem Polyimid-Kunststoff, welches Mate-

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rial die gewünschte Kombination der physikalischen und elektrischen Eigenschaften über einen sehr großen Temperaturbereich aufweist. Dieses Material ist unter der Handelsbezeichnung Kapton von der Fa. DuPont erhältlich. Es sind zwei Sorten verfügbar. Der Typ H ist eine reine Polyimidfolie und der Typ F eine Kombination einer derartigen Folie mit einer einseitigen oder zweiseitigen Beschichtung mit Polytetrafluoräthylen. Der Hauptzweck einer derartigen Beschichtung besteht darin, daß eine durch Wärme abdichtbare Oberfläche auf der nicht schmelzenden Polyimidfolie geschaffen wird, die an dem Material selbst oder an anderen temperaturbeständigen Materialien wie beispielsweise an Metall anhaftet. Eine wesentliche Bedingung für die anhaftende Verbindung der Folie aus dem genannten Material besteht darin, daß die Überzugsschicht in der Zwischenfläche bei 288-316°C (55O-6OO°F) schmilzt und in eine enge Berührung mit den Materialien gedrückt wird. Wegen der Materialeigenschaften ist ein derartiges Material sehr vorteilhaft für elektromagnetische Spulen gemäß der Erfindung. Es mußten jedoch Schwierigkeiten bei der Anwendung dieses Polyimid-Isoliermaterials überwunden werden, um eine vollständig anhaftende Verbindung für eine monolithische Spulenkonstruktion erzielen zu können. Bei der folgenden Beschreibung des Herstellungsverfahrens wird deshalb erläutert, wie eine monolithische Spulenkonstruktion erzielt werden kann, um eine wirtschaftliche Herstellung von Spulen von sehr guten Eigenschaften zu ermöglichen, die außerdem einen verbesserten Wirkungsgrad, eine verbesserte Temperaturbeständigkeit und dielektrische Festigkeit aufweisen. Ferner haben derartige Spulen glatte und ebene Stirnflächen bei der Verwendung eines derartigen Verfahrens, was bei der Verwendung der aerostatischen Lagereinrichtung von besonderer Bedeutung ist.

Fig. 6 zeigt den zentralen Kern 72 der Spulenanordnung 3. Um eine monolithische Struktur der Spule zu erzielen, besteht der zentrale Kern 72 aus dem genannten Polyimidmaterial von dem Typ F. Versuche mit einer Folie aus derartigem Material haben gezeigt, daß es möglich ist, mit Polytetrafluoräthylen überzogene Körper aus diesem Material zu einem massiven, bearbeitbaren Material zu

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verschmelzen. Dieses Phänomen ermöglicht die Herstellung eines vorher zusammengeschmolzenen zentralen Kerns 72 der Spulenanordnung 3, sowie die Bearbeitung des Körpers 63 der Spulenanordnung, wie später noch näher erläutert werden soll. Der Kern 72 wird durch eine enge Wicklung einer derartigen Folie auf einem Dorn hergestellt, bis eine ausreichende Dicke erreicht ist, um den gewünschten Außendurchmesser herstellen zu können. Danach wird die trocken gewickelte Folie umwickelt und befestigt und bei einer Temperatur von etwa 316°C (600°F) verschmolzen. Der Überzug aus Polytetrafluorathylen schmilzt bei dieser Temperatur und nach einer ausreichenden Zeitdauer zur Erzielung einer vollständigen Sehne Izung unter Herstellung einer gleichförmigen Temperatur wird der Dorn aus dem Schmelzofen entfernt und in Luft abgekühlt. Bei der Kühlung wird das Polytetrafluorathylen fest, wodurch sich ein bearbeitbares Material ergibt. Dann wird dieses Material zur Ausbildung der in Fig. 6 dargestellten Geometrie bearbeitet. Der V-förmige Schlitz 88 in dem Außendurchmesser des Kerns 72 nimmt die innere Umfaltung 76 des Anschlusses (Fig. 5) der Spule 51 auf, wenn die Wicklung der Spule beginnt. Die Spule wird aus einem bandförmigen Leiter 78 (Fig. 7) gewickelt. Der rechteckige Querschnitt des Leiters liegt innerhalb enger Toleranzen, um die gewünschte ebene Ausbildung der Spule 51, sowie gleichförmige Wicklungsabmessungen zu erzielen. Abgerundete Kanten sind eine zusätzliche Anforderung hinsichtlich der Geometrie des Leiters, um ein Zerreißen der Folie 19 aus dem genannten Material zu verhindern, wenn der Leiter 78 umwickelt wird. Die Abmessungstoleranzen des Leiters 78 ermöglichen die Kombination mit der trockenen Umwicklung und der Zugspannung die Herstellung von Spulen, deren Durchmesser praktisch vollkommen übereinstimmt. Andererseits gewährleisten die engen Toleranzen hinsichtlich der Breite des Leiterbands die erwünschte ebene Ausbildung der Stirnfläche der Spule. Fig. 7 zeigt ein Leiterband 78, das teilweise mit einer Folie 19 umwickelt ist, wobei eine Überlappung von 50% vorgesehen ist. Fig. 7 zeigt ferner zwei halbkreisförmige Aussparungen 90 und 91 auf beiden Seiten des rechteckigen Leiters 78. Die Aussparungen 90 und 91 sind derart gegeneinander versetzt»

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daß deren Verbindungslinie einen Winkel von 45° mit der Mitellinie des Leiters 78 einschließt. Nach einer Abrundung der beiden halbkreisförmigen Aussparungen zur Herstellung gut abgerundeter Kanten wird der Leiter 78 umwickelt, so daß die Folie die Aussparungen 90 und 91 abdeckt. Wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, wird dann der Leiter entlang der Verbindungslinie zwischen den Aussparungen 90 und 91 umgebogen. Der Zweck der Aussparungen besteht darin, eine Materialanhäufung an den Ecken der Falzung 76 für den Anschluß zu verhindern, da sonst ein Vorsprung an der Stirnfläche 51 der Spule erzeugt würde. Danach wird die Umfalzung 76 in Fig. 8 auf einem Dorn vorgeformt/ um eine Anpassung an den Innendurchmesser der Spule zu erzielen, wie in Fig. 9 dargestellt ist. Der vorgeformte Kern 72 (Fig. 6) wird nun in die vorgeformte innere Windung 93 in Fig. 9 eingesetzt, wodurch die innere Umfalzung 76 in den Schlitz 88 des Kerns eingepaßt wird. Der Kern 72 und die innere Umfalzung 76 werden jetzt in ein Wickelwerkzeug eingesetzt und die erforderliche Anzahl von Windungen wird gewickelt, wie in Fig. 10 dargestellt ist. Durch Steuerung der Zugspannung während des Wickelvorgangs und durch eine geeignete Überlappung der um den Leiter gewickelten isolierenden Folie kann eine gleichförmig eng gewickelte Spule 51 hergestellt werden. Nach der Ausbildung der letzten Windung der Spule werden Aussparungen 94, 95 genutzt, um eine geeignete äußere Umfalzung 77 entlang der gestrichelten Linie in Fig. 10 herzustellen. Die Aussparungen 94, 95 können entweder wie in Fig. 10 vorher ausgebildet sein, oder auch nach der Markierung des Bands für die Lage der äußeren Umfalzung nach Entfernung der Isolierfolie ausgebildet und dann erneut umwickelt werden. Fig. 11 zeigt, wie die äußere Umfalzung 77 dann unter einem Winkel von 45 derart umgefalzt wird, daß der äußere Anschlußleiter 57 in eine zu dem inneren Anschluß des Leiters 56 entgegengesetzte Richtung weist, wonach der äußere Anschlußleiter 57 nach unten umgefalzt wird, damit er sich radial von dem Spulenkörper erstreckt, wie in Fig. 12 dargestellt ist. Die Aussparungen 94, 95 ermöglichen das Umfalzen des Anschlusses in einer solchen wise, daß die sich radial erstreckende Leitung 57 etwas unter der Stirnfläche der Spule ausgespart ist, ohne daß dadurch die ebene Ausbildung dieser Stirnfläche beeinträchtigt wird. Nach Fertigstellung der äußeren Anschlußleitung 57

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wird die Wicklung der Spule beendet, indem die Folie entlang dem Außenumfang der Spule 51 gewickelt wird (Fig. 13), bis eine ausreichende Abmessung erzielt ist, welche eine Bearbeitung des verschmolzenen Außenkörpers 63 zu der verjüngten Ausbildung entsprechend Fig. 5 ermöglicht. Fig. 13 zeigt die Spule mit einem äußeren Körper 63 aus der genannten Isolierfolie. Dann werden die Isolierschichten 74, 75 an den Stirnflächen ausgebildet. Diese bestehen aus einer oder mehreren Schichten 104, 105, 106 und 107 aus dem genannten Material. In jedem Fall bestehen jedoch die Isolierschichten 104, 107 aus einer Schicht aus dem genannten Material mit einem einzigen Überzug aus Polytetrafluoräthylen, während die Schichten 105, 106 beidseitig überzogen sind, was von. der gewünschten Isolierung auf der Stirnfläche der Spule abhängt. Die Spule 51 und die Isolierschichten 104, 105, 106 und 107 werden jetzt in einer Schmelzeinrichtung zusammengesetzt, welche einen zentralen Dorn aufweist, und zwei Druckplatten gegenüber den Stirnflächen der Spule 51. Die Isolierschichten 104 und 107 werden auf der Oberseite der Spule angeordnet, wodurch die mit einem einzigen Überzug versehenenSchichten 104 und 107 in der einen Richtung so angeordnet werden, daß die nicht überzogenen Seiten zu den Druckplatten weisen. Der Grund für diese Anordnung ist darin zu sehen, daß die Spule nicht mit der Einrichtung verschmilzt, was der Fall wäre, wenn ein beidseitiger Überzug der Schichten vorgesehen wäre, wenn also beispielsweise die Schichten 105 und 106 auf der Außenseite angeordnet würden. Vor dem Verschmelzen der Spule 51 wird der Außenumfang des Körpers durch eine Stahlklemme gehaltert, während die Druckplatten der Schmelzeinrichtung bis zur Erzielung der gewünschten Abmessung unter Verwendung von Abstandshaltern verschraubt werden. Diese Einrichtung wird nun auf 316°C (600°F) erhitzt und eine monolithische Struktur ergibt sich durch die Verschmelzung des zentralen Kerns 72, des Isolierbands 19 (flg 7) der Spule 51, der Isolierschichten 104, 105, 106 und 107, sowie des äußeren Spulerikörpers 63 in einem einzigen Arbeitsvorgang. Gewünschtenfalls kann der Schmelzofen vor dem Verschmelzen der Materialien evakuiert werden, um Lufteinschlüsse zwischen den Windungen und den Isolierschichten auf den Stirnflächen zu entfernen. Eine innige Berührung der zu

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verschmelzenden Materialien wird durch die größere thermische Ausdehnung des Leiters 78 im Vergleich zu der Ausdehnung der Halterung und der Schmelzeinrichtung erzielt.

Die Fig. 14-17 zeigen andere Ausführungsformen von Spulen, die in entsprechender Weise hergestellt werden können. Obwohl die Anordnung der Windungen unterschiedlich ist, findet im wesentlichen dasselbe Herstellungsverfahren Verwendung. Fig. 14 zeigt eine Wicklungsanordnung, die besser bei höheren mechanischen Stoßbelastungen geeignet ist, während die Fig. 15, 16 und 17 weiter abgewandelte Ausführungsbeispiele zeigen. Die Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 15, 16 und 17 weisen eine mechanische Verankerung zwischen den einzelnen Windungen auf, wodurch die mechanische Stabilität derartiger Spulen verbessert werden kann, während andererseits die Herstellung etwas schwieriger ist.

Fig.18 zeigt eine auseinandergezogene Darstellung der Verbindungseinriqhtung, mit der die Spule 51 mit den Kabeln zur Stromzufuhr verbunden werden kann, während Fig. 1 eine Schnittansicht der verbundenen Einrichtung zeigt. Ein Verbindungsgehäuse 222 aus dielektrischem Material enthält zwei Einsteckringe

223 und 224. Die Anschlußleiter 56A und 57A stehen mit den Koaxialkabeln 227 über die Anschlußringe 223 und 224 in Verbindung. Die Anschlußringe 223 und 224 bestehen aus einem gut leitenden Material mit guten mechanischen Eigenschaften, wie beispielsweise Messing oder Berylliumkupfer. Die Verbindung der Spule 51 mit den Anschlußringen 223, 224 erfolgt in der folgenden Weise: Die Anschlußleiter 56A und 57A werden an den Körper der Ringe 223,

224 durch sich verjüngende Vorsprünge 225, 226 angeklemmt. Die Anschlußleiter 56A und 57A sind zwischen die Vorsprünge 225, 226 und die Seitenwand der Anschlußringe 223, 224 angeklemmt. Die Koaxialkabel 227 sind zur Übertragung einer hohen elektrischen Leistung zu der Spule ausgelegt, indem sie eine niedrige Induktivität und einen kleinen Widerstand aufweisen. Entweder die innere Umflechtung 230 oder die äußere Umflechtung 228 des Kabels 227 dient zur Stromzuleitung bzw. Stromableitung durch die Spule 51. Durch Parallelschaltung mehrerer Kabel 227, wie in Fig. 18 dargestellt ist, können der Gesamtwiderstand und die Induktivität auf annehmbare Werte verringert werden. Bei dem dargestellten Ausfüh-

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rungsbeispiel sind vier Kabel 227 in Parallelschaltung vorgesehen. Die anderen leitenden Umflechtungen 228 sind alle mit einem Stecker 229 verbunden, während alle inneren leitenden Umflechtungen 230 mit der Steckeinrichtung 231 verbunden sind. Die beiden Steckeinrichtungen 229 und 231 enthalten Ringe, die aus einem gut leitenden Material wie Messing oder Berylliumkupfer bestehen. Ein inniger Kontakt zwischen den leitenden Umflechtungen und den betreffenden Verbindungsringen wird durch die sich verjüngenden Hülsen 232 und 233 erzielt. Die betreffende leitende Umflechtung wird zwischen der sich verjüngenden Hülse und den Wänden der sich verjüngenden Öffnungen 240, 241 in den betreffenden Leiterring eingeHemmt, wobei alle vier Hülsen durch gemeinsame Druckplatten 234 bzw. 235 herabgedrückt werden» Ein Abstandshalter 236 aus dielektrischem Material findet zusätzlich zur Sicherung der Steckverbindung Verwendung. Die Steckeinrichtung kann jetzt in die erwähnten Anschlußringe 223, 224 eingesetzt werden, um das Verbindungsglied 231 mit dem Anschlußring 223 und die Verbindungseinrichtung 229 mit dem Anschlußring 224 in Verbindung zu bringen. Ein unterschiedlicher Durchmesser der Ringe 231 und 229 ermöglicht den Durchtritt des Rings 231 durch den Ring 224. Die Verbindungsringe 223 und 224 sind geschlitzt, so daß die Ringe federnd anliegen oder durch eine schellenförmige Ausbildung mit Schrauben 237 und 238 festgezogen werden können. Um mechanische Spannungen an der kürzeren Anschlußleitung 57A aufgrund einer Auslenkung des Verbindungsgehäuses 222 bei einer Stoßbelastung durch die Spule zu verringern, hat dieser Anschluß einen S-förmigen Teil 239.

Patentansprüche

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Claims (33)

1. Patentansprüche

   / yp für die elektromagnetische Betätigungseinrichtung von Elektrowerkzeugen, Nietmaschinen oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß angrenzende Leiterwindungen (78) durch eine Umwicklung aus einer Polyimidfolie (19), welche auf beiden Seiten einen Überzug aus Polytetrafluorethylen aufweist, in einem vorherbestimmten Abstand zueinander angeordnet sind, und daß Teile der gegenüberliegenden Überzüge aus Polytetrafluoräthylen aneinander anhaftend verschmolzen sind.
2. 2. Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Umwicklung durch ein sich überlappendes, spiralförmig aufgewickeltes Isolierband gebildet ist.
3. 3. Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (78) aus reinem Kupfer besteht.
4. 4. Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (51) mit einer Stirnfläche (43) gegenüber der Antriebsplatte (21) der mechanischen Sch]a geinrichtung (2) der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung angeordnet ist, daß die Schlageinrichtung (2) eine leitende Antriebsplatte (21) trägt, daß zwischen der Stirnfläche (43) der Spule und einer gegenüberliegenden Stirnfläche (44) der Antriebsplatte (21) der Schlageinrichtung ein Luftpolster ausbildbar ist, indem durch einen Zufuhrkanal (41) eine Verbindung mit einer Druckluftquelle hergestellt ist, und daß ein Drosselstück (42) vorgesehen ist, um ein Druckgefälle in dem Kanal (41) zu erzeugen, so daß zwischen den Stirnflächen (43, 44) praktisch Atmosphärendruck vorhanden ist.
5. 5. Spule nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (43) durch eine Isolierschicht (74) aus Polyamid gebildet ist.
6. 6. Spule nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlageinrichtung (2) einen Stößel (24) und

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   einen Isolierkörper (23) aufweist, der die Platte (21) von dem Stößel trennt, um das Ende der Schlageinrichtung von der elektrischen Betätigungseinrichtung elektrisch zu isolieren.
7. 7. Spule nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (51) in einem Haltering (53) einer Einbettung (52) gehaltert ist.
8. 8. Spule nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltering eine zylindrisch geformte Schulter (72) aufweist.
9. 9. Spule nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltering Schlitze (59, 60) aufweist, durch die die Anschlußleitungen (56A, 57A) der Spule in radialer Richtung seitlich von der Spule vorragen.
10. 10. Spule nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule an ihrer Stirnfläche einen Hohlraum (65) aufweist, um eine Druckmittelzufuhr in dem Bereich zwischen den beiden Stirnflächen (43, 47) zu ermöglichen.
11. 11. Spule nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule mit dem Haltering (53) durch gegenüberliegende sich verjüngende Flächen an dem Haltering und an dem äußeren Körper (63) der Spule verankert sind, und daß Einbettmaterial (52) zwischen diesen Flächen vorgesehen ist.
12. 12. Spule nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußleitungen (56A, 57A) mit Anschlußringen (223, 224) durch sich verjüngende Vorsprünge (225, 226) verklemmt s ind.
13. 13. Spule nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußleitungen (56A, 57A) zwischen die Vorsprünge (225, 226) und die Seitenwände der Anschlußringe (223, 224) eingeklemmt sind.

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14. 14. Spule nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur elektrischen Energiezufuhr eine Anzahl von Koaxialkabeln (225) parallel zueinander an die Spule angeschlossen s ind.
15. 15. Spule nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die innere leitende Umflechtung (230) der Koaxialkabel (227) mit einem ersten leitenden Ring (231) verbunden ist, während die äußere leitende Umflechtung (228) der Koaxialkabel mit einem zweiten leitenden Ring (229) verbunden ist.
16. 16.Spule nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Umflechtungen (230, 228) zwischen sich verjüngenden Hülsen (223) und konischen Öffnungen (241,240) in den Ringen (231, 229) durch konische Hülsen (233) eingeklemmt sind.
17. 17. Spule nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ringe (231, 229) in den Anschlußringen (223, 224) angeordnet sind.
18. 18. Spule nach Anspruch .16, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (223, 224) geschlitzte Klemmringe sind, die auf die Ringe (231, 229) aufgeklemmt sind.
19. 19. Spule nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Windungen mechanisch miteinander verankert sind.
20. 20. Verfahren zur Herstellung einer Spule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Leiter mit einem rechteckförmigen Querschnitt durch ein Isolierband umwickelt wird, daß das Isolierband auf mindestens einer Seite Überzüge aufweist, daß das Isolierband in einer sich überlappenden Anordnung entlang einer Anzahl von Windungen des Leiters unter Zugspannung aufgewickelt wird, daß die Windungen des Leiters auf die Schmelztemperatur des Überzugs erhitzt werden, um den Überzug zu schmelzen, und daß dann eine Abkühlung

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    zur Ausbildung anhaftend verbundener Windungen der Spule erfolgt.
21. 21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeich net, daß die Schmelztemperatur des Überzugs unter der Schmelztemperatur des Materials der Trägerfolie des Isolierbands liegt.
22. 22. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeich net, daß der bandförmige Leiter mit einem Isolierband spiralförmig und sich überlappend umwickelt wird, welches aus einer Polyimidfolie mit einem Überzug aus Polytetrafluorathylen auf beiden Seiten besteht, daß eine Anzahl von Windungen des Leiters unter Zugspannung derart umwickelt werden, daß gegenüberliegende Oberflächen des Überzugs zwischen Windungen des Leiters in direkter Berührung stehen, und daß die Windungen auf die Schmelztemperatur des Überzugs erhitzt werden, um diesen mit gegenüberliegenden Überzügen zu verschmelzen, damit das Isolierband die Windungen anhaftend miteinander verbindet.
23. 23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen auf einer vorgeformten inneren Windung (93) aufgewickelt werden, nachdem ein vorgeformter Kern (72) in diese eingesetzt wird.
24. 24. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung des Leiters mit einer 50%igen Überlappung erfolgt.
25. 25. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß halbkreisförmige Aussparungen (94, 45) auf jeder Seite des Leiters vor der Umwicklung der letzten der Windungen ausgebildet werden, und daß dann der Leiter derart umgefalzt wird,daß er sich in radialer Richtung von dem Spulenkörper erstreckt, nachdem die Umwicklung beendet ist und bevor die Erhitzung erfolgt, um den äußeren Anschluß der Spule herzustelleni
26. 26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter unter einen Winkel von etwa

    umgeboyen wird.

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27. 27. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeich net/ daß mehrere Windungen des Isolierbands auf den Außenumfang der Spule nach dem Umbiegen des Leiters und vor der Erhitzung aufgewickelt werden.
28. 28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Polyimidschicht (104, 107) auf den Stirnflächen der Spule angeordnet wird, daß die Außenseite dieser Schichten keinen Überzug aufweist, und daß diese Schichten nach der Umwicklung des Umfangs der Spule mit dem Isolierband und vor dem Erhitzen angebracht werden.
29. 29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine weitere Polyinidschicht (105, 106) mit beidseitigen Überzügen zwischen den Stirnflächen der Spule und den ersten Schichten angeordnet wird.
30. 30. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß während der Erhitzung auf die äußeren nicht überzogenen Oberflächen der ersten Schichten (104, 107) ein Druck ausgeübt wird.
31. 31. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil, der Windungen aus dem Isolierband (63) auf dem Außenumfang der Spule nach dem Abkühlen durch mechanische Bearbeitung entfernt wird.
32. 32. Verfahren zur Herstellung eines Spulenkörpers oder eines Spulenkerns nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Windungen aus dem mit Polytetrafluoräthylen überzogenen Polyimidband auf einen Dorn bis zu einer vorherbestimmten Dicke aufgewickelt werden, daß dieser eng gewickelte Körper erhitzt wird, um den Überzug zu schmelzen, und daß dieser eng gewickelte Körper abgekühlt wird, um die Windungen anhaftend miteinander zu verbinden.
33. 33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (72) durch eine Wicklung einer

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    Anzahl von Schichten aus Polyimidfolie hergestellt wird, von denen jede einen Überzug aus Polytetrafluorathylen auf mindestens einer Seite davon aufweist, daß diese Wicklung auf die Schmelztemperatur des Polytetrafluoräthylens erhitzt wird, und daß diese Schichten während der Auskühlung des Polytetrafluoräthylens sich überlagernd gehaltert werden, so daß der gehärtete Körper mechanisch bearbeitbar ist.

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