Bei einem Wickelverfahren werden strangförmiges Gut, insbesondere ein Draht (1), und ein Wickelkörper (2) bereit gestellt. Das strangförmige Gut wird durch eine Auslassdüse (103) geführt und anschließend auf den Wickelkörper (2) aufgewickelt. Das strangförmige Gut (1) wird.vor dem Aufwickeln erwärmt.
Die Erfindung betrifft ein Wickelverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Wickelvorrichtung hierfür.
Beim Bewickeln von strangförmigen Gütern wie z.B. Metalldraht auf um einen Wickelkörper - etwa zur Herstellung eines elektromagnetischen Bauteils - kommt es besonders bei im Querschnitt mehrkantigen Wickelkörpern zu Ausbauchungen des Drahtes. Dies kommt daher, dass der Draht durch Wickeln in eine bestimmte Richtung eine Spannung aufbaut und diese Spannung in einer Krümmung resultiert, die im Bereich der Flachseiten des Wickelkörpers zu den genannten Ausbauchungen führt, weil der Eckenradius des Drahtes verglichen mit dem Eckenradius unrunder Wickelkörper verhältnismäßig groß ist.
Dieser Effekt ist bei magnetischen Bauteilen nachteilig, weil zum einen Luftspalte zwischen Draht und Wickelkörper entstehen, die die Leistung des elektromagnetischen Bauteils nachteilig beeinflussen. Zum anderen verringert sich der Füllfaktor der Anordnung, weil eben weniger Wicklungen in ein vorgegebenes Volumen passen.
Die Ausbauchungen können - wie in
Eine weitere Möglichkeit, besteht darin, den Drahtzug beim Aufwickeln zu erhöhen, so dass der Füllfaktor erhöht und die Ausbauchungen verringert werden können. Dies führt aber dazu, dass der Draht gerade bei einer Vielzahl Windungen sehr straff um den Wickelkörper herum liegt, so dass die auf den Wickelkörper wirkenden Zugkräfte unter Umständen dazu führen können, dass der Wickelkörper - z.B. wenn er aus Kunststoff besteht - zerstört wird. Zum anderen sind dem Drahtzug schon deshalb Grenzen gesetzt, weil der Draht einen endlichen Querschnitt besitzt und gerade bei kleinen Querschnitten der Draht leicht dazu neigt, zu reißen, wenn man den Drahtzug erhöht.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Wickelverfahren der eingangs genannten Art und eine hierzu geeignete Wickelvorrichtung zu schaffen, mit welchem sich der erforderliche Drahtzug verringern und zudem der Füllfaktor erhöhen und die Ausbauchungen bei im Querschnitt nicht runden Wickelkörpern reduzieren lassen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Wickelverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Wickelvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Vorteilhafte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Der Grundgedanke der Erfindung ist, das strangförmige Gut - z.B. einen Metalldraht oder einen strangförmigen metallischen Hohlkörper - unmittelbar vor dem Bewickeln des Wickelkörpers zu erwärmen. Infolge der thermischen Ausdehnung des Wickelguts längt dieser sich, je nach zugeführter Wärmemenge. Das Wickelgut wird im erwärmten Zustand um den Wickelkörper gewickelt. Etwaige Ausbauchungen verschwinden bei Erkalten des Wickelguts auf dem Wickelkörper, da sich das Wickelgut bei Abkühlung wieder zusammenzieht. Der erwärmte Draht weist eine kleinere mechanische Festigkeit auf, so dass sich speziell bei unrunden Wickelkörpern der Eckenradius kleiner ausbildet. Zudem ist die Biegespannung bei erwärmten strangförmigen Gütern kleiner als bei kalten. Folglich lässt sich das erwärmte Gut, insbesondere der erwärmte metallische Draht, gegenüber einem auf Raumtemperatur befindlichen Wickelgut infolge der Erwärmung mit wesentlich weniger Widerstand umformen. Die Ausbauchung in der Wicklungsmitte, beispielsweise an der Längsseite einer Zahnspule, bildet sich bei gleichem Drahtzug somit kleiner aus, wobei eine Reduzierung von ca. 20% erreicht werden kann. Dieser Effekt vergrößert somit auch den elektrischen Füllfaktor.
Auf diese Weise wird einerseits erreicht, dass die Ausbauchungen des Wickelguts reduziert werden, andererseits, dass die Bewicklung mit einem geringeren Drahtzug durchgeführt werden kann, weil das Wickelgut sich selbst zusammenzieht. Auf diese Weise kann der Drahtzug bei gleicher Packungsdichte der Spule reduziert werden. Das hat den Vorteil, dass die zu bewickelnden Bauteile nicht so stark mechanisch gestresst werden müssen und die Wandstärken des Wickelkörpers kleiner dimensioniert werden können oder auch eine andere - günstigere - Materialauswahl für den Wickelkörper getroffen werden kann.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich Verbackspulen schneller herstellen. Verbackspulen sind meist freitragende Spulen ohne Wickelkörper. In konventioneller Fertigung wird eine Spule erst gewickelt und dann elektrisch verbacken. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, während des Wickelns den Backlack des Drahtes zu erwärmen. Dies war nach konventioneller Technik nur bei dünnen Drähten (mit Durchmessern von ca. 0,3 mm) möglich, die während des Wickelns durch einen Heißluftstrom erwärmt werden, so dass man eine freitragende Spule erhält. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist man bei der Wahl der Drahtdurchmesser nicht mehr begrenzt.
Bei als Stanzpakete ausgebildeten, T-Segment förmigen Wickelkörpern wird auf die oben beschriebene Weise auch eine Reduzierung des Axialdrucks auf das Stanzpaket erreicht, der in der Praxis häufig zu Problemen führt, da das Stanzpaket sich setzt und dabei "bananenförmig" verformt, so dass das Einbauen solcher Spulen nur mit großen Toleranzen und großen magnetischen Verlusten möglich ist.
Wie oben erwähnt, richtet sich der Grad des Erwärmens nach der gewünschten thermischen Ausdehnung des Wickelguts. Bevorzugt wird dieses so erwärmt, dass die Temperatur des strangförmigen Guts am Auslass der Auslassdüse unterhalb der Schmelztemperatur des Materials des strangförmigen Guts liegt und wenigstens 50°C, bevorzugt wenigstens 120°C, beträgt.
Je nach gewünschter Temperatur gibt es mehrere Möglichkeiten, das strangförmige Gut zu erwärmen, z.B. induktiv mittels einer Induktionsschleife und/oder durch Heißgas und/ oder durch Bestromung. Auch der Ort der Erwärmung ist beliebig, solange sichergestellt ist, dass das Wickelgut unmittelbar vor dem Aufwickeln eine Temperatur aufweist, die messbar oberhalb der Umgebungstemperatur liegt. Es ist zur Unterstützung oder zum Halten der Erwärmung auch möglich, dass die Auslassdüse erwärmt wird.
Bevorzugt ist der Wickelkörper unrund, und weist wenigstens eine Kante auf, wobei bevorzugt Wickelkörper mit wenigstens abschnittweise etwa rechteckigem Querschnitt eingesetzt werden.
Die erfindungsgemäße Wickelvorrichtung weist eine Zuführeinrichtung für strangförmiges Gut mit der Auslassdüse zum Zuführen eines auf den Wickelkörper aufzuwickelnden strangförmigen Guts und eine Wickelkörperaufnahme zur Aufnahme des zu bewickelnden Wickelkörpers auf. Die Aufnahme und die Auslassdüse sind dabei relativ zueinander beweglich ausgebildet, so dass der Wickelvorgang vollzogen werden kann. Erfindungsgemäß weist die Wickelvorrichtung ferner ein Erwärmungsmittel auf, welches z.B. eine Induktionsschleife und/oder eine das strangförmige Gut bestromende Bestromungseinrichtung und/oder eine Heißgasvorrichtung ist und welches bevorzugt in Zuführrichtung des strangförmigen Guts zumindest vor der Auslassdüse angeordnet und dazu ausgelegt ist, das in die Auslassdüse geführte strangförmige Gut auf eine vorgegebene Temperatur zu erwärmen.
Bevorzugt wird die Temperatur im erfindungsgemäßen Verfahren über eine Temperatureinstellvorrichtung geregelt. Die Temperatureinstellvorrichtung stellt oder regelt die Temperatur des strangförmigen Guts auf einen vorgegebenen Sollwert ein. Dazu weist die Wickelvorrichtung bevorzugt eine Temperaturerfassungseinrichtung zur Messung der Temperatur des strangförmigen Guts auf. Diese erfasst fortlaufend die Temperatur des strangförmigen Gutes, welche von der Temperatureinstellvorrichtung als Istwert übernommen und mit einem Sollwert verglichen wird. Die Temperatureinstellvorrichtung berechnet dann aus diesem Vergleich eine Stellgröße und verändert ggf. die Einstellung des Erwärmungsmittels, um die vorgegebene Solltemperatur einzustellen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in den
Die in den
Erfindungsgemäß ist ein Erwärmungsmittel 102 vorgesehen, welches im gezeigten Beispiel als Induktionsschleife 102 ausgebildet ist. Die Induktionsschleife wird über eine Speisevorrichtung 105 elektrisch gespeist und erzeugt ein Magnetfeld. Der Draht 1 durchläuft dieses Magnetfeld und wird dadurch erwärmt und der erwärmte Abschnitt 1' des Drahtes wird auf den Wickelkörper aufgewickelt. Bevorzugt ist die Induktionsschleife ein Rohr, welches von einem Fluid, insbesondere Wasser, zur Kühlung durchströmt wird.
Vorteilhafterweise wird die in den Draht 1, 1' induzierte Temperatur auf einen Sollwert eingeregelt. Dieser Sollwert wird anwenderseitig vorgegeben, je nach Materialeigenschaften des Drahtes oder Wickelgutes und dem angestrebten Füllfaktor. Die Ist-Temperatur wird über eine Messeinrichtung 104 erfasst. Diese ist im gezeigten Beispiel etwa auf der Höhe der Induktionsschleife 102 vorgesehen, kann aber genauso gut auch etwa am Ausgang der Auslassdüse 103 positioniert sein, um die Ist-Temperatur unmittelbar vor dem Aufwickeln des erwärmten Drahtes 1' auf den Wickelkörper 2 zu erfassen. Durch einen Vergleich der Ist-Temperatur und der Soll-Temperatur wird eine Stellgröße ermittelt, die dann gegebenenfalls die Bestromung der Induktionsschleife 102 bzw. allgemein die durch Erwärmungsmittel übertragene Energiemenge entsprechend anpasst und die Temperatur des Drahtes auf den vorgegebenen Sollwert einregelt.
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