AT413159B - Verfahren und vorrichtung zum verbacken von kompaktspulen - Google Patents

Description

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  Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wickeln und Verbacken von Kompaktspulen aus Draht mit zumindest einer Backlackschicht auf einem Wickeldorn und Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens. 



  Kompaktspulen im Sinne dieser Anmeldung sind Spulen, bei denen Drähte, die mit einer Schichte zumindest eines elektrischen Isolators umhüllt sind, Windung an Windung gewickelt sind und die Windungen durch Wahl geeigneter Beschichtungen der Drähte und/oder geeigneter Verfahren mechanisch fest miteinander verbunden werden. Dies geschieht üblicherweise durch eine Auswahl von Oberflächen der Drähte, die durch Wärmeeinwirkung alleine, durch Zusatz von Lösungsmitteln und Wärmeeinwirkung, durch Zugabe von UV aushärtenden Klebern und UV Bestrahlung, durch Zugabe von diversen anderen Klebern während des Wickelns oder durch nachträgliche Wärmebehandlung mechanisch fest verbunden werden. 



  Kompaktspulen, die immer mehrere Lagen aufweisen, benötigt man z. B. für elektrodynamische Mikrofone, elektrodynamische Kopfhörer und elektrodynamische Lautsprecher. Üblicherweise werden für derartige Spulen sogenannte Backlackdrähte verwendet. Die oberste (äusserste) Lackschicht solcher Drähte wird beim Erwärmen weich bis dickflüssig und derartige Schichten können unter Druck und Abkühlung miteinander fest verbunden werden. Ein häufig angewandtes Verfahren besteht darin, den Draht während des Wickelns mit Heissluft zu erwärmen, um diese Verbindung der einander kontaktierenden Backlackschichten miteinander während des Wickelns zu erreichen. 



  So offenbart die DE 197 49 810 ein Verfahren zur Herstellung von Spulen, bei dem während des Wickelns des Drahtes dessen Backlackschicht durch Wärmezufuhr erweicht wird, wobei diese Wärmezufuhr während des Wickelns der Spule im wesentlichen punktgenau erfolgt und die Backlackschicht an der Wickelstelle verflüssigt. In einer Ausgestaltung kann als Wärmequelle eine Knallgasflamme verwendet werden. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die punktgenaue Zufuhr der Wärme wichtig ist. Dementsprechend können als Alternative zur Knallgasflamme auch Hochleistungslaser verwendet werden. Die Düse für die Knallgasflamme ist auf einem Arm montiert, der nach dem Start des Wickelvorgangs die Düse in die vorgesehene Position schwenkt.

   Während der Zeit, in der nicht gewickelt wird, kann so die Flamme in eine für das Bedienungspersonal ungefährliche und für den Wickeldorn unschädliche Position gebracht werden. 



  Unabhängig davon, auf welche Art beim Wickeln der Spule Heissluft entsteht bzw. deren Zufuhr erfolgt, wird durch diese Verfahren das Wickeln selbst, insbesondere bei Verwendung von dünnen Drähten mit einem Durchmesser unter 0,04 mm, sehr gestört. Die optimal mögliche Festigkeit und Packungsdichte der Spulen kann praktisch auch nicht erreicht werden, da die zugeführte Heissluft das Wickeln soweit negativ beeinflusst, dass die Einstellparameter hinsichtlich Spulenfestigkeit nicht optimiert werden können. Ein anderes Problem ergibt sich bei Drähten, deren Durchmesser grösser 0,06 mm sind, diese können bei üblichen Wickelgeschwindigkeiten die zur Verbackung notwendige Wärme nicht aufnehmen, d. h. es muss entsprechend langsamer gewickelt werden, was zu unwirtschaftlicher Fertigung führt.

   Natürlich gibt es einen Übergangsbereich, der bei Drahtdurchmessern von 0,04 mm bis 0,06 mm liegt, in dem beide Probleme mehr oder minder stark auftreten. 



  Das Problem der langsamen Erwärmung wird um so kritischer, je höher der Erweichungspunkt der verwendeten Backlackdrähte liegt. Die Höhe des Erweichungspunktes ist natürlich direkt proportional der Temperaturfestigkeit der Spulen und soll daher im allgemeinen hoch liegen   (Belastung bei Lautsprechern !). die Wickelzeiten nicht übermässig lang werden zu lassen,   wird Heissluft mit hoher Geschwindigkeit und in grossen Mengen zugeführt, was es notwendig macht, beim Start der Wickelmaschine am Beginn der Schicht eine merkliche Zeit zuzuwarten, bis der gesamte Wickelbereich ins thermische Gleichgewicht gekommen ist.

   Heizleistungen von einigen Kilowatt sind durchaus üblich und erfordern eine leistungsfähige Kühlung im Umkreis der Wickelmaschine. 

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 Eine andere bekannte Möglichkeit des Verbackens besteht darin, die fertig gewickelte Spule samt Wickeldorn von der Maschine zu entfernen und mittels Stromausheizung am Wickeldorn zu verbacken. Bei der Stromausheizung kommt es in Spulenmitte meist zur Überhitzung, während die Randzonen im Regelfall zu kalt bleiben. Eine optimale Spulenfestigkeit und Packungsdichte ist auch mit diesem Verfahren nicht zu erreichen. 



  Die DE 27 43 439 A offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Spur auf einem zweischichtigen Spulenträger und unmittelbar anschliessend, auf der gleichen Maschine erfolgenden Verbindens des Spulenträgers mit der Membrane. Dabei ist der Spulendraht nur mit einer einschichtigen Isolierlage aus thermoplastischem Material versehen und wird gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1 dieser Druckschrift auf den noch kalten Spulenträger gewickelt und erst dann erwärmt. Anspruch 4 offenbart als Ausgestaltung dazu, dass zuerst der Spulenträger auf den beheizbaren Wickeldorn gebracht und erwärmt wird, und dass sodann der Spulendraht aufgewickelt wird. In beiden Fällen ist ein Spulenträger erforderlich, von der Herstellung trägerlosen Spulen wird ausdrücklich abgeraten. Bei aufgewärmtem Spulenträger werden die Spulenlagen beim Aufwickeln in diesem eingebettet. 



  Eine weitere bekannte Möglichkeit besteht darin, die Spulen auf eigenen von der Wickelmaschine abnehmbaren Hülsen zu wickeln und dann in einem Ofen auszuheizen und zu verbacken. Bei der Ofenausheizung erhält man sehr gute Spulen, allerdings nicht mit optimaler Festigkeit und Packungsdichte. Ein weiterer Nachteil bei diesem Verfahren liegt in den langen Zykluszeiten, da dieses doch sehr umständlich ist. 



  Es besteht somit ein Bedarf an einem Verfahren, mit dem auf einfache Weise das Verbacken von Kompaktspulen möglichst rasch und gleichmässig erfolgt, um die Zykluszeiten kurz zu halten und das Wickeln der Spulen möglichst auf Spulenfestigkeit und Packungsdichte optimieren zu können. 



  Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der Wickeldorn zu Beginn des Wickelns eine Temperatur aufweist, die über der Erweichungstemperatur des Backlackes liegt. 



  Es wird vorgeschlagen, Backlackdrahtspulen direkt auf heissen, von innen geheizten, Dornen zu wickeln. Die für die Verbackung notwendige Wärme wird während des Wickelns und in der Zeit, in der die Spule sich prozessbedingt auf dem Wickeldorn befindet, auf sie übertragen. Die notwendige Verbackzeit liegt je nach Spule und verwendeten Drähten mit Drahtdurchmessern von 0,02 mm bis 0,3 mm zwischen 0,5 sec und 5,0 sec. Diese Verbackzeiten liegen deshalb so nieder, da die Erfindung den sehr guten Wärmekontakt zwischen Wickeldorn und Spule ausnützt. Die Verbackzeit und die Wickeldorntemperatur wird so gewählt, dass unter Berücksichtigung des Wärmekontaktes zwischen Wickeldorn und Spule, die optimale Spulenfestigkeit und Packungsdichte erreicht wird.

   Wesentlich ist auch, dass der Bereich um den Wickelpunkt nicht mehr mit Luft angeblasen wird, wodurch das Wickeln selbst deutlich besser und stabiler erfolgt. 



  Dazu kommt, dass die notwendige Heizleistung extrem verringert wird, was auch die Kühlung überflüssig macht. 



  Eine sehr einfache Methode, den Wickeldorn auf die gewünschte Temperatur zu erwärmen ist die Verwendung von einer oder mehreren elektrischen Heizpatronen, die möglichst nahe der Dornoberfläche in den Dorn eingebaut werden. Die gewünschte Dorntemperatur kann leicht mittels zusätzlich in den Dorn eingebautem Temperaturfühler gemessen und geregelt werden. 



  Zur Kontrolle der Dorntemperatur sind natürlich alle gängigen Verfahren bis hin zur berührungslosen Infrarottemperaturmessung der Dorn- oder Spulenoberfläche denkbar. 



  Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Dabei zeigt: die Fig. 1 einen Dorn in Seitenansicht, die Fig. 2 in vergrössertem Massstab, rein schematisch, den Einbau mehrerer Heizpatronen in 

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 Stirnansicht und im Axialschnitt und die Fig. 3 eine Variante eines dünnen Dornes mit nur einer Heizpatrone in den zwei Ansichten der Fig. 2. 



  Fig. 1 zeigt einen in seiner Gesamtheit mit 1 bezeichneten Wickeldorn in Seitenansicht. Er besteht aus dem eigentlichen Dorn (Wickelfläche, Wickelbereich) 2, der zu beiden Seiten von Schultern 3 begrenzt ist, deren Abstand voneinander die axiale Länge der darauf gewickelten Spulen festlegt. 



  Die Fig. 2 zeigt im axialen Schnitt rein schematisch den Einbau mehrerer, nämlich acht, Heizpatronen 4. Diese Heizpatronen 4 werden elektrisch erwärmt und sind industriell erhältlich. Die Führung der Kabel und die Steuerung der Heizung ist im Stand der Technik bekannt, bedarf daher hier keiner weiteren Erläuterung und ist in der Zeichnung nur strichpunktiert mit 5 angedeutet. Die Heizpatronen 4 sind bevorzugt gleichmässig um den Umfang verteilt und liegen knapp unter der Mantelfläche des Domes 2 (Wickelfläche). Je nach dem Durchmesser des Domes 2 ist es sinnvoll, 3 bis 8 Heizpatronen einzubauen. 



  Die Fig. 3 zeigt die bei einem Dorn 2' mit entsprechend kleinem Durchmesser gegebene Situation, hier genügt der zentrale Einbau einer, gegebenenfalls grösser ausgebildeten, Heizpatrone 4. 



  Eine andere Möglichkeit, den Wickeldorn zu erwärmen besteht darin, ihn induktiv zu erwärmen. 



  Zu diesem Zweck wird über dem Wickeldorn eine Hochfrequenzheizspule positioniert, die diesen induktiv auf die gewünschte Temperatur erwärmt. Dieses Verfahren ist einerseits sehr elegant, weist aber den Nachteil auf, dass die Zykluszeit durch den Arbeitsschritt der Positionierung der Hochfrequenzheizspule verlängert wird. 



  Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Wickeldorn an geeigneter Stelle mittels Gasflamme z. B. Knallgasflamme zu erwärmen. Der Wickeldorn kann dabei hohl ausgeführt werden und die Position der Düse für die Flamme innerhalb des Wickeldorns so gewählt werden, dass die Erwärmung des Domes auch während des Wickelns erfolgen kann. Diese Methode ist dann sinnvoll, wenn Spulen grosser Durchmesser und damit hoher Kupfermassen zu verbacken sind. 



  Die beschriebenen Möglichkeiten den Wickeldorn zu erwärmen, stehen stellvertretend für viele weitere denkbaren Möglichkeiten wie Erwärmen des Domes mittels Infrarotstrahlung, Heissluft etc. oder der Methode auf heissen Hülsen, die extern erwärmt und dann aufgesteckt werden, zu wickeln. 



  Ein weiterer erfindungsgemäss erreichbarer Vorteil liegt darin, durch das schnelle Wickeln das Überhitzen des Drahtes zu verhindern. Es wird ja immer kalter Draht auf den heissen Dorn gewickelt. Am Ende des Wickelvorganges hat sich die innerste Wickellage bereits etwas erwärmt, während der Dorn sich geringfügig abgekühlt hat. Dadurch ist die fertige Spule leicht vom Dorn abziehbar. Die auf Raumtemperatur abgekühlte Spule weist wiederum den Innendurchmesser auf, der dem Durchmesser des heissen Domes entspricht. Die äusseren Wickellagen der Spule "schrumpfen" beim Abkühlen und so bekommt man besonders feste und kompakte Spulen. 



  Die Spulen werden fast immer vollautomatisch gewickelt. Dies bedingt natürlich neben dem eigentlichen Wickeln verschiedene andere Arbeitsschritte wie das Klemmen und Abschneiden des Drahtes, das Schliessen und Öffnen der Maschine, das Auswerfen der Spulen und anderes mehr. Im Normalfall ergeben sich Zykluszeiten je nach Spule von 3 sec bis 10 sec. Diese Zeiten sind meist lang genug, um die Spulen auch optimal zu verbacken. Sollte dies das eine oder andere Mal doch nicht der Fall sein, so muss eine zusätzliche Verbackzeit im Zyklus vorgesehen werden. Die reinen Verbackzeiten liegen je nach Spule zwischen 0,5 sec und 3 sec. Am Rande sei noch erwähnt, dass für das erfindungsgemässe Verbacken der Spulen nur ein sehr geringer Energieaufwand notwendig ist, da ja nur der Wickeldorn selbst erwärmt werden muss.

   Im Ge- 

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 gensatz dazu erwärmt man mit Heissluft ungewollter Weise auch die ganze Umgebung. 



  Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann verschiedentlich abgewandelt werden. Insbesondere ist es ohne Probleme möglich, Drähte zu Wickeln, deren Querschnitt von der Kreisform abweicht. Es spielt dabei keine Rolle, ob der äussere Umriss und/oder der Querschnitt der metallischen Seele polygonal, insbesondere rechteckig, zumeist mit abgerundeten Ecken, ausgeführt ist. 



  Patentansprüche : 1. Verfahren zum Wickeln und Verbacken von Kompaktspulen aus Draht mit zumindest einer
Backlackschicht auf einem Wickeldorn, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickeldorn zu
Beginn des Wickelns eine Temperatur aufweist, die über der Erweichungstemperatur des
Backlackes liegt.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Wickel- dornes, des zugeführten Drahtes und die Wickelgeschwindigkeit so aufeinander abge- stimmt sind, dass der Backlack erst nach der Zeit, die etwa einer Umdrehung des Wickel- dornes entspricht, auf seine Erweichungstemperatur erwärmt ist.

   3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Wickeldorn (2,2') mittels zumindest einer in seinem Inneren angeordne- ten elektrischen Heizpatrone (4) versehen ist.

   4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Wickelmaschine eine bezüglich des Dornes bewegliche Induktionsspule aufweist, die im wesentlichen koaxial zum Wickeldorn positionierbar ist.

   5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Wickelmaschine einen Gasbrenner aufweist, dessen Gasflamme in das hohle Innere des Wickeldornes gerichtet ist.

   6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Spule auf einer auswechselbaren, auf den Wickeldorn aufsteckbaren Hülse gewickelt wird, die extern erwärmt und heiss auf den Wickeldorn aufgesteckt wird.