DE289216C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

-M 289216-KLASSE 21 g. GRUPPE

JOSEPH ROBERT LEESON in BOSTON, V. St. A.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 25. März 1915 ab.

Die Erfindung betrifft Spulen für elektrische Zwecke und besteht im besonderen in Verbesserungen von Spulen nach dem deutschen Patent 264550, Kl. 21g.
Nach diesem Patent wird die Spule abwechselnd von Lagen aus Draht und Isoliermaterial gebildet, in denen der Draht in dichten Windungen aufgewickelt ist, während die Fäden des Isoliermaterials schräg zu den Drahtwindüngen in offenen Schraubenlinien unter und über die Drahtwindungen gelegt und gewissermaßen mit ihnen verwebt werden.

Die Drahtwindungen werden von einem sogenannten Drahtführer mit langsamer Geschwindigkeit Windung an Windung gelegt, und Isoliermaterial, das aus Baumwollfäden oder anderen Textilfaden bestehen kann, wird von einem Fadenführer mit großer Geschwindigkeit längs der Spulenachse entlang geführt, so daß die Windungen des Isoliermaterials die Drahtwindungen schräg kreuzen, eine Wicklungsart, die allgemein als Universalsystem bezeichnet wird. Auf diese Weise kreuzen die Windungen des Isoliermaterials die Drahtwindungen vonvärts und rückwärts in jeder Lage der Spule und sind mit den verschiedenen übereinanderliegenden Drahtlagen verwebt, so daß die Fäden des Isoliermaterials als mechanisches Bindemittel dienen, um die Drahtwindungen miteinander zu verknüpfen und sie in ihrer Lage zu erhalten, wodurch der ganze Aufbau der Spule verstärkt wird. Die Windungen des Isoliermaterials bilden teilweise Lagen zwischen, den Drahtlagen und haben, trotzdem sie keine vollständige Isolierung darstellen, doch eine gewisse isolierende Wirkung. Sie dienen auch gleichzeitig als weiche Zwischenlage zwischen den Drahtlagen.

Bei dem geschilderten System der Spulenbildung pflegt man in der Praxis die Lagen von Isoliermaterial in der Achsenrichtung der Spule etwas länger zu machen als die Drahtlagen, d. h. die Garnlagen überlappen die Enden der Drahtlagen. Der Zweck dieser Anordnung ist, eine sichere Grundlage für die Drahtwindungen an den Enden der Spule zu schaffen, so daß die letzten Windungen der einzelnen Drahtlagen nicht über die Enden der Spule herabfallen können. Das Überlappen der Garnlagen führt auch zur Bildung einer Art von Abschlußwänden an jedem Spulenende. Nachdem diese aus Garn bestehenden Wände mit Schellack oder irgendeinem ähnlichen Material getränkt worden sind, wirken sie wie massive Abschlußscheiben aus Isoliermaterial, wie sie sonst bei elektrischen Spulen verwendet werden.

Die Erfindung betrifft insbesondere diese Abschlußwände an den Enden der Spule und bezweckt, sie fester und widerstandsfähiger zu machen. Um dies zu erreichen, wird eine Wicklungsart angewendet, bei der das Garn oder anderes Isoliermaterial in härterer und festerer Schichtung an den Spulenenden aufgewickelt wird. Gleichzeitig werden die Lagen des Isoliermaterials an diesen Enden zahlreicher gestaltet als im mittleren Teil der Spule, d.h. nach der Erfindung wird eine

größere Menge von Isoliermaterial an den Spulenenden aufgewickelt, wo die Fadenlagen über die Drahtlagen hinausgehen, oder mit anderen Worten, bei dem verbesserten Wicklungsverfa'hren nach der Erfindung wird das Isoliermaterial an den Spulenenden fester aufgewickelt als zwischen den Drahtlagen.

Die Art und Weise, wie diese neue Art, das Isoliermaterial aufzuspulen, ausgeführt wird.

ίο soll nun im folgenden beschrieben werden.

Auf den Zeichnungen ist Fig. ι eine Gesamtansicht einer Spule nach der Erfindung, bei der die oberste Draht- und Fadenlage nahezu vollendet ist. Fig. 2 zeigt einige wenige Fadenlagen, die auf den Spulenkern ohne Draht gewickelt worden sind. Man erkennt hier besonders deutlich die Art und Weise, wie die Fadenlagen gewickelt sind. In Fig. 3 ist der Verlauf des Isoliermaterials für einen Hin- und Hergang des Fadenführers dargestellt.

In Fig. ι ist die Spule mit C bezeichnet. Bei ihr ist die äußerste Drahtlage L unvollendet dargestellt, damit man unter ihr die Windungen des Isoliermaterials erkennen kann. Die dargestellte Spule hat zylindrische Gestalt, indem die Lagen des Drahtes w-und des Isoliermaterials y auf einen zylindrischen röhrenförmigen Kern χ gewickelt sind. Es kann auch irgendeine andere geeignete Kernform benutzt werden, z. B. ein Kern von rechteckigem oder polygonalem Querschnitt. Selbstverständlich passen sich dann die Lagen des Drahtes und Isoliermaterials in ihrer Form der Kernform an. Die hier dargestellte zylindrische Form ist die gebräuchlichste und wird in der Praxis für Solenoide und Magnete angewendet. Das Wicklungssystem nach der Erfindung kann aber auch auf andere Spulenformen, je nach dem Zweck der Spule, angewendet werden.

Beim Wickeln der Spule nach dem genannten Patent werden zwei oder mehrere Führer benutzt, die gleichzeitig längs der Spule hin und her geführt werden, so daß sie den Draht und das Isoliermaterial lagenweise auf die Spule legen. Der Führer für den Draht, der der Kürze halber stets als Drahtführer bezeichnet werden soll, erhält eine verhältnismäßig langsame Geschwindigkeit des Hin- und Herganges, damit er den Draht w in engen Windungen von einem Ende der Lage zum andern auflegt. Die Umdrehungsgeschwindigkeit der Spulenspindel steht in bestimmtem Verhältnis zur Geschwindigkeit des Drahtführers. Dieses Verhältnis wird durch die Stärke des aufzuspulenden Drahtes bestimmt. Selbstverständlich macht die Spindel eine größere Anzahl von'Umdrehungen während jedes Hubes des Drahtführers. Während der Drahtführer so langsam von einem Ende der Spule zum andern läuft, wird der Führer für das Isoliermaterial, der der Kürze halber nur als Fadenführer bezeichnet werden soll, mit viel größerer Geschwindigkeit hin und her geführt, so daß er eine verhältnismäßig große Zahl von Hüben während eines Hubes des Drahtführers zurücklegt. Gewöhnlich steht auch die Geschwindigkeit des Hin- und Herganges des Fadenführers in einem gewissen Verhältnis zur Umlaufgeschwindigkeit der Spulenspindel. Dieses Verhältnis wird durch die Länge der Spule und die Dichtigkeit der Fadenwindungen bestimmt. Beim Wickeln der Spule nach Fig. 1 macht z. B. der Fadenführer einen Hub während einer Umdrehung der Spulenspindel, so daß der Faden von einem Ende der Spule zum anderen einen vollständigen Schraubengang beschreibt. In manchen Fällen jedoch, wo die Bedingungen für das Aufspulen abweichend sind, z. B. bei längeren Spulen, kann der Fadenführer einen Hub während mehrerer Umdrehungen der Spulenspindel ausführen. Dann wird der Faden von einem Spulenende zum anderen in mehreren Schraubengängen auf die Spule gelegt. Die Anzahl der Schraubengänge, die für einen Hub des Fadenführers entstehen, wird in der Technik als Windungszahl bezeichnet, d. h. der Faden kann mit einer, zwei oder drei Windungen usw. gewickelt werden. Die am besten geeignete Windungszahl für eine bestimmte Spulenart wird gewöhnlich durch Versuche bestimmt und richtet sich nach dem Durchmesser des Drahtes, der Stärke des Garnes, der Länge und dem Durchmesser der Spule und anderen Bedingungen. In manchen Fällen können auch zwei oder mehrere Fadenführer zum Aufspulen des Isoliermaterials verwendet werden, obwohl meist nur ein Fadenführer benutzt wird.

Bisher wurde beim Wickeln von Spulen der beschriebenen Art der Fadenführer längs der Spulenspindel mit gleichförmiger Geschwindigkeit hin und her geführt, so daß das Garn oder anderes Isoliermaterial mit konstanter Steigung zwischen die Drahtlagen und über die Enden der Drahtlagen hinaus aufgespult wurde. Es wurde auch bereits dargelegt, daß die Garnfäden in einer Lage des Isoliermaterials durch die Drahtwindungen der darüberliegenden nächsten Drahtlage hindurchgehen, d. h. die Drahtwindungen überschneiden, so daß die Fadenwindungen mit den Drahtwindungen gewissermaßen verwebt sind und über und unter den einzelnen Drahtwindungen hindurchgehen (Fig. 1). Um die Zeichnung klarer zu machen, ist auf der Zeichnung der Isolierfaden y in nahezu derselben Stärke dargestellt wie der Draht w. In Wirklichkeit ist jedoch das Isoliermaterial in der Regel bedeutend feiner als der Draht, und infolgedessen sind auch die Drahtlagen erheblich dicker als die Garnlagen. Beim Wickeln von Spulen

aus verhältnismäßig feinem Draht ist dieser Unterschied nicht groß genug, um den allgemeinen Charakter der Wicklung zu verändern. Bei starkem Draht jedoch äußert dieser Unterschied eine ganz bedeutende Wirkung auf die Widerstandsfähigkeit und Stabilität der Garnwindungen an den Enden der Spule, d. h. wenn das Garn nicht so fest, wie es erwünscht ist, an den Spulenenden aufgewickelt wird,

ίο was bei starkem Draht eintritt, so besitzen die Endwindungen der Drahtlagen eine weniger sichere und feste Unterlage, und die aus Garn gebildeten Abschlußwände sind weich und schwammig, ohne Halt und Festigkeit zur Unterstützung und zum Schutz der Spulenenden. Man verwendet vorzugsweise beim Herstellen der fraglichen Spulen möglichst feines Garn, um zu verhüten, daß die Lagen des Isoliermaterials zu dick werden im Verhältnis zum Spulendurchmesser, d. h. es ist erwünscht, die Spule in ihrem Durchmesser so klein als möglich zu machen, um Raum zu sparen, und aus diesem Grunde wird gewöhnlich sehr feines Garn für die Isolier- und Verbindungslagen benutzt, auch wenn der Draht eine erhebliche Stärke besitzt.

Beim Wickeln von Spulen mit Draht und Garn von der angegebenen Stärke war daher die Aufgabe zu lösen,· die überlappenden Enden der Fäden des Isoliermaterials fest genug zu machen, damit sie die Enden der Drahtlagen stützen können, ohne daß jedoch die Dicke der Lagen des Isoliermaterials zwischen den Drahtlagen zu groß werden durfte.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung mehr Garn an den Spulenendeii aufgewickelt als zwischen den Drahtlagen, und um dies zu erreichen, werden dem Fadenführer ein oder mehrere kurze Extrahübe an jedem Ende des Haupthubes erteilt, d. h. nachdem der Fadenführer das Ende eines Haupthubes

, über die ganze Spule erreicht hat, werden ihm eine oder mehrere zusätzliche, verhältnismäßig kurze Hübe außerhalb des von den Drahtlagen eingenommenen Raumes erteilt.

Diese eigentümliche Arbeitsweise des Fadenführers wird durch Mittel bewirkt, die Gegenstand einer anderen Erfindung sind. Sie kann am besten an Hand von Fig. 3 erläutert werden. Diese Figur zeigt den Kern χ der Spule mit einer einzigen Fadenlage, d. h. es sind nur diejenigen Fadenwindungen dargestellt, die bei der Bewegung des Fadenführers . von einem Spulenende bis zum anderen und zurück erzeugt werden. Die punktierten Linien w¹, w¹ und zu², w'² geben die Hubenden des Drahtführers an, während die strichpunktierten Linien y¹, y¹ und y², y" die äußersten Enden des Hubes des Fadenführers bezeichnen. Es bezeichnet also W die Länge der Drahtlagen, während Y die Länge der Fadenlagen angibt.. Wie bereits gesagt wurde, überlappen die Fadenlagen die Enden der Drahtlagen, so daß die Strecke A, um die die Überlappung stattfindet, die Stärke der aus Garn gebildeten Abschlußwände der Spule darstellt. Auf der Zeichnung sind der Deutlichkeit halber die Abschlußwände in sehr großer Stärke dargestellt, aber es genügt in den meisten Fällen, die Strecke A der Überlappung sehr klein zu machen.

Der Lauf des Garnes beim Wickeln einer Fadenlage nach Fig. 3 ist folgender: Beginnend im Punkt b läuft der Faden mit gleichmäßiger vorausbestimmter Steigung von dem einen Ende y^x bis zum anderen y² der Fadenlagen, d. h. vom Punkt b läuft der Faden an der Vorderseite der Hülse χ bis zum Punkt c, dann über die Rückseite der Hülse bis zum Punkt d. Dieses Fadenstück ist punktiert dargestellt und mit c¹ bezeichnet. Vom Punkt d läuft der Faden über der Vorderseite der Hülse bis zum Punkt e und dann wieder auf der Rückseite bis zum Punkt f, wo er das Ende y² erreicht. Während der Zeit, in der der Fadenführer seinen Hub ausführt, um den Faden in einer Richtung von der Endlinie y¹ bis zur Endlinie y² zu leiten, macht die Spulenhülse χ eine vollständige Drehung und einen Teil einer zweiten Drehung. So wie der Faden in Fig. 3 gezeichnet ist, macht die Spulenspindel, die die Hülse χ trägt, Yi%ht7M ein und eine Vierteldrehung während eines Hubes des Fadenführers von der.Länge Y, so daß hierbei der Faden ein und eine Viertelwindung beschreibt. Es kann jedoch dieses Verhältnis zwischen der Umdrehung der Spulenhülse χ und dem Hin- und Hergang des Fadenführers nach Gefallen geändert werden, je nach dem zu erreichenden Zweck.

Nachdem der Faden diese ein und eine Viertelwindung beschrieben hat und vom Punkt b bis zum Punkt f gelaufen ist, wird die Bewegungsrichtung des Fadenführers umgekehrt, so daß der Faden in entgegengesetzter Richtung zurückläuft. Jetzt wird im Umkehrpunkt die Geschwindigkeit des Fadenführers, anstatt, wie das bisher üblich war, konstant zu bleiben, geändert, um den Steigungswinkel der Fadenwindungen zu ändern, mit anderen Worten: statt den Fadenführer nach dem entgegengesetzten Ende der Spulenhülse χ mit derselben Geschwindigkeit zurückzuführen, so daß er den Faden in einer Schraubenlinie von umgekehrter Gangart auflegt, jedoch mit der gleichen Steigung wie beim Hingang, wird die Geschwindigkeit des Fadenführers verzögert, so daß der Faden in stumpferem Winkel zur Achse der Spulenhülse gelegt wird. Beginnend im Umkehrpunkt / wird nämlich der Faden y jetzt mit geringerer Neigung auf die Hülse χ gelegt, wie dies der

punktierte Linienzug f¹ anzeigt. Er läuft zunächst auf der Rückseite der Spulenhülse bis zum Punkt g, der auf der Linie w² liegt, die das eine Ende der Drahtlagen bezeichnet. Tn diesem Punkt wird die Bewegungsrichtung des Fädenführers nochmals umgekehrt, so daß dieser den Faden bis zum Punkt h wieder vorwärts führt. Der Punkt h liegt ebenso wie der Umkehrpunkt / auf der Begrenzungslinie y~, wo der erste oder Haupthub vollendet war. Im Punkt h wird die Bewegungsrichtung des Fadenführers zum drittenmal umgekehrt, so daß er den Faden nach dem Ausgangsende der Spulenhülse zurückführt. Vom Punkt h ab wird die Geschwindigkeit, mit der der Führer läuft, wieder normal. Es läuft also der Fadenführer jetzt mit derselben Geschwindigkeit zurück, mit der er vom Punkt b bis zum Punkt f hingelaufen war. Der Faden wird daher mit derselben Steigung auf die Spulenhülse χ gelegt, wie beim ersten Haupthub, und es werden wieder ein voller Schraubengang und ein Teil eines solchen erzeugt. Vom Punkt h aus geht der Faden bis zum Punkt i auf der Vorderseite der Hülse, dann auf dem punktiert eingetragenen Linienzug i¹ auf der Rückseite der Hülse bis zum Punkt /, weiter auf der Vorderseite bis zum Punkt k und darin auf der Rückseite bis zum Punkt I₁ der das Ende des zweiten rückwärtigen Haupthubes darstellt. Im Punkt I wird die Bewegungsrichtung des Fadenführers wieder gewechselt und seine Geschwindigkeit zum zweitenmal verzögert. Hierdurch entsteht wiederum ein Windungsstück von geringerer Steigung, das auf der Rückseite der Hülse durch die punktierten Linien I¹ dargestellt ist. Im Punkt m erreicht der Fadenführer das eine Ende dieses kurzen Hubes. Der Punkt m liegt auf der Endlinie w¹, w¹ der Drahtwindungen. Im Punkt m wird die Bewegungsrichtung des Fadenführers nochmals umgekehrt, so daß er zum Ausgangspunkt b zurückkehrt, der auf der Linie 3z¹, y¹ liegt. In diesem Punkt wird die Richtung der Fadenführerbe\vegung zum Beginn eines neuen Spieles von Hüben abermals umgekehrt. Es wiederholen, sich dann alle Vorgänge zwischen den Begrenzungslinien y¹, y¹ und y², y- in der beschriebenen Weise.

Das Aufwickeln des Fadens wird so während der Erzeugung der ganzen Spule ständig wiederholt. Gleichzeitig wird der Draht w in gleichmäßigen geschlossenen Windungen auf die Spule gelegt, so daß die Drahtlagen L (Fig. 1) entstehen.

In der bisherigen Beschreibung ist nicht erwähnt worden, daß jede folgende Windung, die auf die Hülse χ gelegt wird, stets um einen geringen Betrag neben die vorhergehende Windung gelegt wird. Das wird durch geeignete Wahl des Geschwindigkeitsverhältnisses zwischen dem Fadenführer und der Spulenspindel erreicht und ist ein wohlbekanntes Merkmal des Universalspulsystems. Beim Wickeln von Drahtspulen nach dem Verfahren der Erfindung hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, den Zwischenraum zwischen den einzelnen Garnwindungen zu vergrößern, so daß die Windungen, anstatt dicht nebeneinandergelegt zu werden, in kleinen Abständen aufgewickelt werden, wie dies der mittlere Teil von Fig. 2 deutlich zeigt. Hierdurch wird die Garnlage zwischen den Drahtlagen dünner und die Anordnung der zwischen den Drähten hindurchgehenden, die Spule verstärkenden Fäden besser. An den Enden der Spule jedoch werden die Garnwindungen dicht nebeneinandergewickelt, was dazu dient, die Spulenenden widerstandsfähiger und härter zu machen. Die zuletzt beschriebenen Einzelheiten sind jedoch nur zusätzliche Merkmale und nicht wesentlich für den Grundgedanken der Erfindung. Dieser besteht vielmehr darin, mehr Isoliermaterial oder Garn an den Spulenenden aufzuhäufen als zwischen den Drahtlagen,^; um widerstandsfähigere und festere Spulenenden zu erzielen.

Bei der vorhergehenden Schilderung der Erfindung ist eine besonders zweckmäßige Ausführungsform erläutert worden, doch sind noch andere Ausführungsformen möglich. Z. B. hat es sich in manchen Fällen als nützlieh herausgestellt,· anstatt an den Spulenenden das Isoliermaterial nur in einer kurzen zusätzlichen Windung aufzuwickeln, mehrere derartige Windungen vorzunehmen. Ferner hat es sich in anderen Fällen, wo zur Isolation und \^erstärkung sehr dünnes Garn benutzt wurde, als zweckmäßig erwiesen, die kurzen zusatz-, liehen Hübe des Fadenführers an den Spulenenden so lang zu machen, daß die zusätzlichen Windungen die Enden der Drahtlagen etwas überdecken, d. h. anstatt die kurzen Zusatz- , hübe des Fadenführers auf die Enden außerhalb der Drahtlagen zu beschränken, wurden die kurzen Hübe so lang gemacht, daß die inneren Hubenden in den Bereich der Drahtlagen hineingehen, so daß das Garn in die Zwischenräume zwischen den Enden der Drahtlagen hineingelegt wird, wodurch an diesen Stellen der innere Halt der Spule vergrößert wird.

Aus Vorstehendem ergibt sich, daß der Spulendurchmesser bei Verbesserung des ganzen Aufbaues der Spule verkleinert wird, indem die Stärke der Fadenlagen zwischen den Drahtlagen auf ein Mindestmaß beschränkt wird, während stärkere Fadenlagen an den Spulenenden erzeugt werden. Auf diese Weise wird eine stärkere und festere Spule erzeugt, deren einzelne Windungen vollständig gegen Verschiebung oder Beschädigung geschützt

sind, so daß der elektrische Wirkungsgrad und die Dauerhaftigkeit der Spule erhöht werden. Endlich dienen die aus Garn gebildeten Abschlußwände der Spule nicht nur zur Verstärkung des Aufbaues der Spule, sondern sie verhindern auch Funkenbildung und Kurzschluß zwischen den Endwindungen der Drahtlagen, wo die Potentialdifferenz innerhalb der Spule stets die größte ist.

Claims (2)

1. Patent-An Sprüche:

   i. Spule für elektrische Zwecke, bestehend aus Drahtlagen und dazwischenliegenden Fadenlagen, die mit den Drahtlagen verwebt sind, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden der Spule außerhalb der Lagen des Drahtes (ze/) feste und dichte Massen von Garn oder sonstigem Isoliermaterial (3;) in Form von ebenen Scheiben aufgespult werden, in denen das Material dichter aufgewickelt ist als zwischen den Drahtlagen, so daß gewissermaßen die Spule schützende und verstärkende Endwände aus Isoliermaterial entstehen.
2. 2. Verfahren -zur Herstellung einer Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit dem Aufspulen des Drahtes (te) das Isoliermaterial (y) in Lagen von größerer Länge (F) als die Länge (W) der Drahtlagen aufgespult wird, wobei auf eine Drahtlage mehrere Fadenlagen kommen und an den Enden jeder langen Fadenlage eine oder mehrere kurze Fadenlagen von der Länge (A) eingeschaltet werden, so daß das Isoliermaterial außerhalb der Drahtlagen schneller und dichter aufgespult wird als zwischen diesen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.