Der Katechismus für die Ankerwickelei: Leitfaden für die Herstellung der Wicklungen an elektrischen Maschinen, Transformatoren, Starkstromapparaten und Kleinstmotoren [13., verm. und verb. Aufl., 43.–44. Tsd. Reprint 2020] 9783112311714, 9783112300442

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RASKOP/ANKERWICKLUNGEN 13. A U F L A G E

Der Katechismus für die Ankerwickelei Leitfaden für die Herstellung der Wicklungen an elektrischen Maschinen, Transformatoren, Stark Stromapparaten und Kleinstmotoren Von

Fritz Raskop Beratender Ingenieur für Elektromaschinenbau

Drei2ehnte, v e r m e h r t e u n d v e r b e s s e r t e A u f l a g e Mit rund 500 Abbildungen und Wicklungs-Schaltbildern 43. und 44. Tausend

Technischer Verlag Herbert Cram, Berlin

1 9 64

© Copyright 1964 by Technischer Verlag Herbert Cram, Berlin 30 Printed in Germany Alle Rechte der Übersetzung, des Nachdruckes, der Anfertigung von Photokopien und Mikrofilmen, auch auszugsweise, vorbehalten. Satz und Druck: Walter de Gruyter & Co., Berlin 30

Vorwort zur 13. Auflage Im Ablauf der Auflagenfolge hat der Verfasser versucht, den Fachtext und die Abbildungen hierzu dem entwicklungsmäßigen Fortschritt auf dem Sektor Elektromaschinen und der Instandsetzung elektrischer Maschinen durch Ergänzungen und Erweiterungen bestmöglich anzugleichen. Dieser Anlaß lag auch bei der Bearbeitung der 13. Auflage vor. Die gegenwärtige Situation im Elektromaschinenbau ist einerseits durch den ständig ansteigenden Bedarf an elektrischen Maschinen aller Größen, Gattungen und Spannungen, andererseits aber auch durch das Streben nach rationellen Fertigungsmethoden und nicht zuletzt durch die Forderung nach höherer Betriebstüchtigkeit und Verlängerung der Lebensdauer der Maschinen gekennzeichnet. Jährlich werden viele Millionen elektrischer Maschinen in der Gesamtwirtschaft und in den Haushalten zusätzlich investiert. Ein Heer von Fachleuten befaßt sich mit der Forschung nach noch besseren Hilfsmaschinen, Werkstoffen und nach wirtschaftlicheren Fertigungsmethoden. Als Ergebnis der Forschungsarbeiten kommen neuartige, verbesserte Werkstoffe, Maschinen, Geräte und Apparate auf den Markt, die im Rahmen des allgemeinen Wettbewerbes auf Geeignetheit geprüft und in praktischen Versuchen auf Einsatzreife beurteilt werden müssen. Im Rahmen dieser Entwicklung steht die Heranbildung des Nachwuchses, insbesondere die überbetriebliche Ausbildung von Fach- und Führungskräften im Vordergrunde. Es fehlt z. Z. nicht nur an geeigneten Fachkräften, sondern auch an Ausbildungsmöglichkeiten und Lehrkräften. In dieser Situation fällt dem Fachbuch eine wichtige, gegenwartsnahe und überbrückende Aufgabe zu, die u. a. auch durch das Streben nach einem gemeinschaftlichen europäischen Markt und durch die Hilfe für die Entwicklungsländer gekennzeichnet ist. Unter Berücksichtigung dieser Gesichtspunkte wurde die 13. Auflage des „Katechismus" überarbeitet, ergänzt und erweitert. Die seit Jahrzehnten bestehenden geistigen und persönlichen Kontakte mit ausländischen Fachleuten, wurden durch das Erscheinen des Katechismus in französischer und spanischer Sprache vertieft und hierdurch der internationale Erfahrungsaustausch gefördert. V

Seit dem nun 42jährigen Bestehen hat der Katechismus in den Händen vieler tausend Fachleute im In- und Ausland seinem Zweck gedient. Der Verfasser benutzt die Gelegenheit, dem großen Kreis der Katechismusfreunde für das entgegengebrachte Vertrauen zu danken und gibt der Hoffnung Ausdruck, daß der Katechismus auch weiterhin seiner Aufgabe gerecht werden möge. Oberursel/Taunus, im August 1963

Der Verfasser

Vorwort zur 12. Auflage Das Erscheinen der 12. Auflage (39.—42. Tausend) des „Katechismus" gab dem Verfasser den Anlaß zu einer sorgfältigen Überarbeitung und Ergänzung des gesamten Stoffgebietes. Hierbei wurde davon ausgegangen, daß sich in den letzten Jahrzehnten hinsichtlich der bekannten und bewährten Wicklungsarten nichts Grundsätzliches geändert hat und voraussichtlich auch in absehbarer Zukunft keine nennenswerten diesbezüglichen Änderungen zu erwarten sind. Richtungweisend waren vielmehr die Belange der Elektromaschinenbauer und Instandsetzer, die sich aus dem entwicklungsmäßig bedingten Fortschritt auf dem Sektor „Elektromaschinenbau", insbesondere aber aus dem allgemeinen Streben nach zeit- und kostensparenden Fertigungsmethoden zwangsläufig ergeben. In der gegenwärtigen Zeit der Rationalisierung, Mechanisierung und Automatisierung steht die Einführung qualitätsverbessernder, zeit- und kostensparender Fertigungsmethoden im Vordergrunde der beruflichen Interessen. Hieraus ergab sich die Notwendigkeit, weiterhin Mittel und Wege aufzuzeigen, die zur Erreichung dieser Ziele beitragen können. In diesem Sinne wurde die Zahl der Wicklungsschaltbilder in beachtlichem Umfang erhöht, Abbildungen der inzwischen auf dem Markt erschienenen, verbesserten Wickeleimaschinen und Hilfsmittel in den Fachtext eingefügt und über fortschrittliche Fertigungsmethoden in Wort und Bild berichtet. Der Abschnitt „Instandsetzung von Kleinstmotoren" wurde besonders sorgfältig überarbeitet und erheblich erweitert. Desgleichen wurde das Wickeldatenarchiv (Anhang) ausgebaut. Der Verfasser steht in ständigem Erfahrungsaustausch mit Wickeleifachleuten des europäischen und überseeischen Auslandes. Die Berichte und Hinweise von dieser Seite wurden bei der Bearbeitung der vorliegenden 12. Auflage mit ausgewertet. Es soll aber an dieser Stelle auch erVI

wähnt werden, daß sich der „Katechismus" weit über die deutschen Grenzen hinaus viele neue Freunde erworben und auch hier zu einer fortschrittlichen Entwicklung in den Wickeleibetrieben beigetragen hat. Bei Erscheinen der vorliegenden 12. Auflage des „Katechismus" blickt der Verfasser auf eine 37 jährige Tätigkeit als Fachschriftsteller und beratender Ingenieur zurück. In diesem langen Zeitraum sind viele tausend geistige und persönliche Kontakte entstanden, die den Verfasser veranlassen, seinem großen Leser- und Freundeskreis im In- und Ausland für das ihm entgegengebrachte Vertrauen zu danken. Dieser Dank gilt auch den Ratsuchenden, die dem Verfasser durch ihre Anfragen ständig neue Anregungen für seine fachschriftstellerische Tätigkeit gaben, sowie dem Verleger und seinen Mitarbeitern, die sich für die Gestaltung des vorliegenden Werkes einsetzten. Krefeld, im Juli 1957

Der Verfasser

Vorwort zur 1.—11. Auflage Das vorliegende Fachbuch enthält eine Sammlung praktischer Eigenerfahrungen und Winke für den Elektromaschinenbauer-Beruf, insbesondere für die Fachleute, die sich mit der Instandsetzung, Neuund Umwicklung elektrischer Maschinen befassen. Der Katechismus war ursprünglich als eine Ergänzung des vom Verfasser herausgebrachten Fachbuches: D i e I n s t a n d s e t z u n g an e l e k t r i s c h e n M a s c h i n e n , T r a n s f o r m a t o r e n und S t a r k s t r o m a p p a r a t e n , F e h l e r b e s t i m m u n g und P r ü f u n g i n s t a n d g e s e t z t e r M a s c h i n e n neuer Titel „Das Elektromaschinenbauer-Handwerk" gedacht. Mit den ständig steigenden Anforderungen, die seitens der Wirtschaft an die Instandsetzungswerke elektrischer Maschinen gestellt werden, erwies sich eine planvolle Erweiterung und Ergänzung der einzelnen Stoffgebiete als notwendig. Der „Katechismus" hat hierdurch als Fachbuch eine gewisse Selbständigkeit erlangt, aber an seiner ursprünglichen Bestimmung hat sich nichts geändert. Das Buch hat in den Händen zehntausender Fachleute im In- und Ausland an der Aufwärtsentwicklung des Elektromaschinenbauer-Handwerkes beigetragen und ist seit Jahrzehnten ein fester Bestandteil der Fachbüchereien in den Instandsetzungswerkstätten elektrischer Maschinen. Seit dieser langen Zeit bestehen geistige und persönliche Beziehungen zwischen der großen Gemeinschaft der Elektromaschinenbauer und dem Verfasser, der den Wunsch hegt, daß diese Beziehungen im Rahmen des internationalen Erfahrungsaustausches zum Nutzen und Wohle der Gesamtheit vertieft werden mögen. Der Verfasser. VII

Inhaltsverzeichnis Einleitung I. Teil Die Ausnutzung des Wlckelrautnes bei Gleichstromanker und Drehstromständer Das aktive und passive Material der elektr. Machinen Das elektrisch und magnetisch beanspruchte Material Der Raum f ü r die Aufnahme der Wicklung Die Abmessung des Wickeldrahtes Die Ausnutzung des Wickelraumes bei Gleichstromanker mit Handwicklung Die Auswuchtung umlaufender Wicklungskörper Anleitung zur richtigen Ausnutzung des Wickelraumes bei Gleichstromanker Merkmale f ü r die Beurteilung der Ausführbarkeit verschiedener Handwicklungsarten Die Auswertung des Wickelraumes bei Gleichstromanker mit Formspulenwicklung Die Formung der Spulen Die Ausführbarkeit der Formspulenwicklungen Die Ausnutzung des Raumes f ü r die Unterbringung der Schaltdrähte Anleitung zur Ausführung von Schaltarbeiten Drehstrommaschinen Die Raumverhältnisse zur Unterbringung der Wicklungen Hilfsmittel für zweckmäßige Raumausnutzung Ausführung für 2pol. Dreiphasenwicklungen (Schaltbilder) unter Beachtung der Raumausnutzung

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4 4 4 4 5 6 6 7 8 9 11 12 17 18 19 19 19

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Verschiedene Ausführungsarten der Ständerwicklungen 25 Die Form der Spulengruppen 26—28 Die Isolation der Hochspannungswicklungen 28 Die Befestigung der Ständerwicklungen und Schaltverbindungen 30 II. Teil Hilfswerkzeuge und die Anwendung derselben In der Ankerwlckelel A. Das Bandagieren umlaufender Wicklungen Die Stärke des Bandagendrahtes Zuschneiden der Isolationsstreifen als Bandagenunterlage Das Bandagieren auf der Drehbank Das Bandagieren auf Böcken Das Bandagieren der Läufer bei Großmaschinen Rotorbandagen aus Glasfaserband Die dynamische Auswuchtung umlaufender Wicklungskörper B. Die wirtschaftliche Herstellung von Lötverbindungen Lötkolbenformen C. Die Entfernung des Glimmers (Mikanit) zwischen den Lamellen eines Kollektors D. Die Herstellung der Nutenisolationen Isolierstoffe nach V D E (REM) Werkstoffklasse Y, A, E, B, F, H u. C Isolationsknickgerät Isolierstoffe f ü r Nutenisolationen

33 33 33 34 35 36 37 39 42 43 45 46 48 48 49 49

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Feuchtigkeits- und thermische Beständigkeit Silikonisolierlacke, Glasgewebe Glimmer, Mikafolien, Samicafolien Wärmeleitende Nutenisolationen Die Wärmeleitfähigkeit der Nutenisolationen Der Wärmedurchgangswiderstand der Nutenisolationen Thermisolfolien, D B P angem. Hydraulisch betätigte Mikafolien-Presse Nutenisolationen für hohe Betriebsspannung Mikafolien, umpreßte AnkerFormspulen III. Teil Die praktischen Arbeltsvorgänge beim Bau elektr. M a s c h i n e n . . . Das Ausschneiden und Stanzen der Bleche Neuzeitliche Stanztechnik im Elektromaschinenbau Das Bekleben bzw. Lackieren der Dynamobleche Anker und Polblech eines Gleichstrommotors Schnellaufende Nutenstanzmaschinen Wickelei Zusammenbau (Montage) von Drehstrommotoren Elektro-Isolierlacke, Bedeutung u. praktische Anwendung beim Aufbau der Wicklungsisolation im Elektromaschinenbau Imprägniergerät und Trockenofen Allgemeines Klassifizierung der Elektro-Isolierlacke Die verschiedenen Trocken- und Härtevorgänge Eigenschaften und Gütewerte der Isolierlacke Wärmeleitfähigkeit der Isolierlacke Backvermögen der Imprägniermittel Wiedererweichen der getrockneten Imprägniermittel Die thermische Beständigkeit der Imprägniermittel

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49 50 51 51 51 51 52 52 52

54 55 56 57 58 59 63 67

69 70 70 72 73 74 76 77 78 78

Die Tropenbeständigkeit der Imprägniermittel Das Imprägnierproblem im Elektromaschinenbau Zweck und Ziel der Imprägnierung Gütebezeichnungen und Gütewerte der Elektro-Isolierlacke. Die Duplizierbarkeit der optimalen Trockenkurve Die Programmvergebung Zusammengefaßte Gütewerte und Gütebezeichnungen Ablauf aus Trocken-(Härte-)Vorgängen Oberflächen- und Tiefentrocknung Die Trockenzeiten Die jeweils optimale Trockenzeit Imprägniergeräte und Imprägnierungsmethoden Die nach dem Tränkverfahren erzielbaren Ergebnisse Was muß der Elektromaschinenbauer vom Aufbau und von der Anwendung der Isolierstoffe und Imprägniermittel wissen? Zusammenfassung H ä r t b a r e Kunstharz-Isolierlacke. Bedeutung der Kurzschlußfestigkeit Bedeutung der chemischen Beständigkeit Der Härtungsvorgang Die Temperatur bei der Vertrocknung Die Trockenkurve Vorteil gegenüber Öllacken Voraussetzungen f ü r die aussichtsreiche Anwendung Feuchtigkeits- und Säureschutzlacke Tropenschutz-Isolierlacke Silikon-Tränklacke Neue, lösungsmittelfreie Isolierlacke Das „Einwecken" von Wicklungen in Kunstharzmassen Gütemäßige Leistungssteigerung durch Vakuum-Imprägnierung. Vakuum-Imprägnieranlage im Betrieb Über die praktische Anwendung kalthärtender Silikon-Kautschuk-Vergußmasse beim Aufbau der Wicklungsisolation...

78 79 79 80 80 80 81 84 85 87 90 93 95

97 102 102 103 104 104 106 107 109 110 111 114 118 121 123 125 126

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Welchen Beitrag kann der Elektromaschinenbauer zur Lösung des Lackdrahtproblems leisten Gegenüberstellung deutscher, amerikanischer und russischer Motoren Der Nutenfüllfaktor bei Lackdrahtwicklungen Die Herstellung der Formspulen f ü r Träufelwicklungen Die Wahl der Tränklacke f ü r Lackdrahtwicklungen Die Prüfung instand gesetzter Maschinen Drehstrom-Prüffeld für Kleinmotorenfabriken Drehzahlmessungen im Prüffeld Prüfgerät nach REM/DVE § 50 und Tafel V Anker-Prüfgerät „Prüfrex'* Tabelle f ü r Normwerte (Wirkungsgrad und Leistungsfaktor) . . . Der Magnetisierungs-, Leerlauf und Kurzschlußstrom bei Drehstrommotoren Tabelle über Nennströme, Leerlauf- und Kurzschlußströme bei neuzeitlichen Drehstrommotoren Bestimmung des Wirkungsgrades Gleichstrommaschinen Die Messung des Ankerwiderstandes Drehstrommotoren Die Umdrehungszahlen der Gleichund Drehstrommotoren IV. Teil Wissenswerte theoretische Einzelhelten konstruktiver Natur Glelchstrommaschlnen Die Funkenbildung am Kollektor Der Drahtquerschnitt der Wicklungen Tabelle über Stromverbrauch bei HO, 220, 440 und 500 V o l t . . . Magnetwicklungen Die Berechnung des Wickelschrittes Parallelwicklungen Reihenwicklungen Reihenparallel-Wicklungen Einfach geschlossene Reihenparallelwicklungen

134 136 136 138 138 141 142 143 144 145 147 149

151 153 154 155 157 160

164 166 166 169 171 172 174 175 178 180 181

Die Berechnung des Kollektorschrittes Ausgleichringe bei GleichstromAnkerwicklungen Ausgleichverbindungen bei Gleichstrom-Ankerwicklungen Mehrpolige Schleifen-(Parallel-)Wicklungen Querschnitt der Ausgleichverbindungen Mehrgängige Schleifenwicklungen Reihen-Parallel-Wicklungen

181 184 189 190 191 191 192

V. Teil Umschalten eines Gleichstrommotors (4pollg) 220 auf HO Volt 194 Tabelle über Nutenzahlen und Polzahlen für Drehstrommotoren 198 Dreiphasen-Bruchlochwicklungen 198 Schaltbild: Dreiphasen - Bruchlochwicklung lOpolig, 24 Nuten 200 Tabelle über die Ausführbarkeit von Dreiphasen-Bruchlochwicklungen 201 Schaltbilder für DreiphasenEinschicht - Bruchlochwicklungen 202—233 Tabelle über Polzahlen und Läuferdrehzahlen 2—80 polig 213 Dreiphasen-Zweischichten-Bruchlochwicklung 219 Der Entwurf einer 6 pol. Dreiphasen - Zweischichten - Bruchlochwicklung, 27 Nuten 223 Schaltbild: 6 pol. DreiphasenZweischichten-Bruchlochwicklung 27 Nuten 225 Zweiphasen-Bruchlochwicklungen 227 Zweiphasen-Läuferwicklungeu . . 236 Berechnung der L ä u f e r s p a n n u n g . 238 Parallelschalten von Drehstromwicklungen 241 Dreiphasen - Zweischichtenentwicklung 6 pol. umschaltbar f ü r 110, 125, 190, 220, 330, 380Volt 242 Umschaltbare Dreiphasenwicklungen f ü r 440/220 Volt 220/ 110 Volt 243 Ausgleichverbindungen an Dreiphasenwicklungen mit Parallelschaltung innerhalb der 3 Wicklungsstränge 246

XI

Die Zweiphasen-Läuferwicklungen bei Drehstrommotoren 247 Schaltbild einer 4poligen Zweiphasen-Läuferwicklung 248 Angaben für den AEG-Zweiphasenläufer Type D 50/6 249 Anormale Drehstromläufer-Stabwicklungen 253 Anormale Dreiphasenwicklungen und deren Anwendung beim Umbau von Drehstrommotoren 258 Wickelschema f ü r einen S t a b läufer 8 pol ig, 84 Nuten 262 Wickelschema f ü r einen Stabläufer 8 polig, 60 Nuten 265 Bedeutung der maß- und formgerechten Gestaltung von Mehrfachspulen ungleicher Weiten f ü r Ein- und Zweischichtenwicklungen 267—285 Tabelle über Wickellöhne bei Träufelwicklungen 275 Wickelgeräte f ü r Träufelwicklungen 277—285 Die Dreiphasen - Formspulen(Träufel-)Wicklungen und ihre Bedeutung f ü r die Instandsetzungswerkstätten 285 Schaltbilder für Einschicht-Träufelwicklungen 291—301 Dreiphasen - Dreietagen - Wicklungen 302 Der konstruktive Aufbau der Zweischichten-Wicklungen 307 Schaltbild eines Wicklungsstranges f ü r Zweischichtenwicklung 313 Die Schaltung der Zweischichtenwicklungen 314 Vereinfachte Schaltbilder Dreiphasen - Zweischichten - Wicklung 317,356,371 Tabelle über Schaltmöglichkeiten f ü r Dreiphasen - Zweischichtenwicklungen 318—319 Schaltbilder f ü r Zweischichtenwicklungen 321-350 Der verkürzte Wickelschritt (gesehnt) bei Zweischichtenwioklungen 345 Tabelle über die Zunahme der Leiterzahlen bei Anwendung gesehnter Wickelschritte 349 Vorteile der gesehnten Wickelschritte 350

XII

Polumschaltbare Dahlander-Wicklungen 372-418 Drehstrommotoren mit polumschaltbaren Wicklungen 372 Prinzip-Schaltbild der Dahlanderwicklungen 376 Schaltbilder f ü r polumschaltbare Wicklungen 372—424 Die SSW-Weinert-Schaltung . . . 380, 385, 386 Die Verwendung des normalen Drehstrommotors als Einphasen - Asynchronmotor mit Hilfswicklung 408 Polumschaltbare Drehstrommotoren mit Umschalter 417 Die Umwicklung einer größeren Gleichstrommaschine von 500 auf 220 Volt 420 Ausgleichsverbindungen an Reihenparallelwicklungen 424 Tabelle der Drahtstärken bei Verwendung mehrerer paralleler Leiter 426 Tabelle 2, Durchmesser und Querschnitt blanker runder Kupferdrähte 427 Tabelle über Stromverbrauch der Gleich- und Drehstrommotoren 428 Die Ursachen des schlechten Anlaufens der Kurzschlußläufer. 429 Vorbedingungen f ü r den einwandfreien Anlauf 430 Das Nutenzahlverhältnis Ständer/ Läufer 432 Aluminium - Preßguß - Käfigläufer 434 Das Schlitzen der Kurzschlußringe entsprechend der Polpaarteilung — Verbesserung des Anlaufes 436 Wahl der Ständer und Läufernutenzahl nach Prof. Richter 437 Umwicklung von Schleifringläufer in Käfigläufer 438 Die Stab- und Ringquerschnitte 439 Leitwertgleichheit Alu/Kupfer . . 439 Nutenformen f ü r Käfigläufer . . 441 Mittel zur Verbesserung des Läufer-Anlaufes 442 Sonderfälle Käfigläufermotoren . 443 Mittel und Methoden zur Verbesserung des Anlaufes der

Käfigläufer bei Einphasensynchronmotoren Schaubild: Leiterzahlen f ü r Einphasen - Wechselstrom - Asynchronmotoren Wicklungs-Schaltbild SSW-Einphasenmotor Type R E 24/4 . . Druckknopf-Anlaßschalter f ü r SSW-Motor Type R E 24/4 . . . Geräuscharme WechselstromAsynchronmotoren mit Käfigläufer Auslegung der Blechpakete Wahl der Ständerwicklung Mechanische Bearbeitung der Bauteile Passive Bauteile Nutenverhältnis Ständer/Läufer . Blechschnitt und Luftspalt Isolierte Käfig- und Läuferwicklungen Nutenisolation im Ständer Herabsetzung der Störgeräusche durch isolierte Metallfolien Schrifttumshinweise über geräuscharme Drehstrommotoren VI. Teil Die Bedeutung des Auswuchtens umlaufender Wicklungskörper. Die Begründung der Notwendigkeit des Auswuchtens Die wickeltechnischen Voraussetzungen f ü r eine möglichst vollkommene A u s w u c h t u n g . . . Die Technik des Auswuchtens . . Apparate und Maschinen für die dynamische Auswuchtung Das Träufelharz-Imprägnierverfahren f ü r Kleinst-Kollektoranker Zweck und Ziel des TräufelharzImprägnierverfahrens Leiterwerkstoff „ L a c k d r a h t " Anforderungen, die normalerweise an die Imprägniermittel gestellt werden Die Bewertung der Imprägniermittel hinsichtlich der Geeignetheit f ü r die Imprägnierung der Kleinstankerwicklungen Zusammenfassung: Richtlinien u. Einsatzerfahrungen f ü r die praktische Anwendung des Träufel-

448 449 452 452

452 452 467 467 467 468 468 468 469 470 471

472 472 474 475 493 477 477 478 478

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harz-Imprägnierverfahrens im Elektromaschinenbau 487 Vorteile des Träufelharz-Imprägnierverfahrens 487 Voraussetzungen f ü r die erfolgreiche Anwendung des Träufelharz-Imprägnierverfahrens 488 Topfzeit 489 Konstruktive Auslegung und Funktion des Imprägniergeräts 480 Wärmeleitvermögen des Träufelharzes 491 Gefüllte Träufelharze 491 Schutzmaßnahmen bei Anwendung des Träufelharzes 492 Kurze Richtlinien f ü r die Anwendung des Träufelharz-Imprägnierverfahrens im Elektromaschinenbau 492 Dynamische Auswuchtmaschinen 495—496 VII. Teil Die Instandsetzung und Neuwicklung von Klein- und Kleinstmotoren Wickeldatenarchiv f ü r Kleinstmotoren Ausführungsbeispiele von Kleinstmotoren 502, Die Bedeutung des Lackdrahtes und der Imprägnierung von Lackdrahtwicklungen Die Gütewerte der Lackdrähte . Imprägnierfeste Lackdrähte Imprägnieren von Lackdrahtwicklungen Blechschnitte für Kleinstmotoren Die verschiedenen Arten und Schaltungen für Kleinstmotoren Die Barkhausen-Schaltung f ü r Kleinstmotoren Die Verlegung der Schaltenden bei Kollektorankern Umwicklung von Gleichstrommotoren in Universalmotoren . Anker-Wickelmaschinen f ü r Kleinstanker Die Herstellung der Ankerwicklungen für Kleinstmotoren . . . Das Abreißen der Schaltenden bei schnellaufenden Kleinankern . Das Blankmachen der Schaltenden bei Kollektorankern

499 501 503 504 505 506 508 510 511 512 512 527 527 528 529 530

XIII

Ersatz der Kollektoren bei Kleinstanker 534 Einphasen-Wechselstrommotoren mit Käfigläufer 534 Nicht abschaltbare Anlaufwicklungen beiWechselstrommotoren 535 Schaltbilder f ü r Einphasen-Wechselstrommotoren 535—542 4 polige Einphasen-Zweischichtenwicklung nach Schorch 537 4 polige Einphasenwicklung 18 Nuten 538 Kondensator-Anlaufschaltungen . 540 Magnetische Kupplungen f ü r Einphasen-Asynchronmotoren . . . 543 Bemessung der Anlauf-Kondensatoren f ü r Einphasenmotoren . 544 Sonderabhandlung über Staubsauger Was ist bei der Instandsetzung und Neuwicklung von Staubsaugern zu beachten Die Aufrechterhaltung des geräuscharmen Laufes Magnetische Störgeräusche Akustische Geräuschquellen Mechanische Geräusche Aufrechterhaltung des ursprüngliche Unterdruckes W a t t a u f n a h m e , Wassersäule und Luftfördermenge Maßnahmen zur Erhaltung der ursprünglichen Gütewerte Meßtechnische Erfassung des Unterdruckes 548, Kugellager-Abziehvorrichtung . . .

544 545 545 546 546 546 547 548 549 550

Anhang I Wickeldaten für Kleinstmotoren.. 553 Querschnitt durch eine elektrische Handbohrmaschine . . . 569 Anhang II Die „Regeln f ü r elektrische Maschinen", REM, V D E 0530/3.59 und ihre Bedeutung f ü r den Elektromaschinenbau 572 Auszug aus den Regeln für die Bewertung und Prüfung elektrischer Maschinen, REM 0530/ XII 37 u. REM 0530/7. 55 . . . . 582 Besondere Vorschriften f ü r Instandsetzungsarbeiten § 50, §84 601, 511

XIV

Anhang III: Tabellen Normwerte f ü r Wirkungsgrad und Leistungsfaktor offener Drehstrommotoren 147—148 Nennströme, Leerlauf- und Kurzschlußströme neuzeitlicher Drehstrommotoren 151 Stromverbrauch P S der Gleichstrommotoren 171 Nutenzahlen f ü r DreiphasenGanzlochwicklungen 198 Die Ausführbarkeit von Dreiphasen-Bruchlochwicklungen . 201 Polzahlen und Drehzahlen (2—80 Pole) bei 50 Hz 213 Verteilung der Spulengruppen auf die Nuten bei 8pol. DreiphasenEinschicht-Bruchlochwicklungen 216 Aufteilung der Spulengruppen auf die Nuten, bei 4pol. EinschichtZweietagenwicklungen 217 Verteilung der Spulengruppen bei 4pol. Zweischichtenwicklungen (Bruchloch) 221 Verteilung der Spulengruppen bei 8pol. Zweischichten-Bruchlochwicklungen 222 Aufstellung einer Wickeltabelle f ü r eine 6 pol. DreiphasenBruchlochwicklung, 27 N u t e n . 223 Drehstromläufer-Stabwicklungen 248, 249, 253 Aufstellung einer Wickeltabelle f ü r Drehstromläufer-Stabwicklung 84 Nuten, 8 polig 262 Aufstellung einer Wickeltabelle f ü r Drehstromläufer-Stabwicklung 60 Nuten, 120 Stäbe 8poIig 265 Lohnkosten f ü r DreiphasenTräufelwicklungen 275 Ein- und Mehrlochwicklungen f ü r Drehstrommotoren 318 Schaltmöglichkeiten bei Dreiphasen-Zweischichtenwicklungen. . 319 Die prozentuale Erhöhung der Leiterzahlen bei der Anwendung gesehnter Wickelschritte 349 Umrechnung der Drahtstärken bei Verwendung von mehreren parallelen Leitern bei Anker- und Magnetwicklungen 426 Durchmesser, Querschnitt blanker Kupfer-Runddrähte 427

Stromverbrauch der Gleich- und Drehstrommotoren 0,19 bis 130 kW, 110—500 Volt Nutenzahlen bei Drehstrommotoren Nutenzahlen für Dreiphasen-Käfigläufermotoren nach Prof. Richter Die Grüße der Anlaufkondensatoren für Linphasen-Wechselstrom-Asynchronmotoren Unterdrucke bei Staubsauger (Ursprungswerte)

428 433 437 544 551

Fabrikat Mauz & Pfeiffer-Stuttgart 551 Fabrikat Miele & Co.-Bielefeld . . 551 Staubsauger-UrsprungsWickeldaten 563-568 Wickeldaten für Kleinstmotoren.. 553 Schrlfttumshlnwelse Schrifttumshinweise über die Instandsetzung von Kleinstmotoren 570

XV

Verzeichnis der Wicklungs-Schaltbilder I. 2 polige Ein- und Zweischichten-Dreiphasenwicklungen überstellung verschiedener Wicklungsarten) II. Ausgleichverbindungen bei Gleichstrom-Ankerwicklungen

(Gegen21—24 186

III. Parallelschalten 4poliger Nebenschlußwicklungen bei Gleichstrommaschinen 195 IV. D r e i p h a s e n - E i n s c h i c h t - B r u c h l o c h W i c k l u n g e n 4polig 18 Nuten, Abb. Nr. 159 30 Nuten, Abb. Nr. 161 27 Nuten, Abb. Nr. 162 42 Nuten, Abb. Nr. 169 54 Nuten, Abb. Nr. 175 6 polig 24 Nuten, Abb. Nr. 244 u. 245 30 Nuten, Abb. Nr. 163 39 Nuten, Abb. Nr. 167 45 Nuten, Abb. Nr. 170 48 Nuten, Abb. Nr. 173 8 polig 30 Nuten, Abb. Nr. 164 36 Nuten, Abb. Nr. 165 36 Nuten, Abb. Nr. 252 42 Nuten, Abb. Nr. 168 54 Nuten, Abb. Nr. 176 54 Nuten, Abb. Nr. 210 60 Nuten, Abb. Nr. 180 66 Nuten, Abb. Nr. 196 84 Nuten, Abb. Nr. 181 u. 185 90 Nuten, Abb. Nr. 197 u. 200 96 Nuten, Abb. Nr. 199 10 polig 18 Nuten, Abb. Nr. 160 24 Nuten, Abb. Nr. 158 36 Nuten, Abb. Nr. 166 45 Nuten, Abb. Nr. 171 u. 172 48 Nuten, Abb. Nr. 174 54 Nuten, Abb. Nr. 177 72 Nuten, Abb. Nr. 182 u. 198 96 Nuten, Abb. Nr. 199 12 polig 18 Nuten, Abb. Nr. 178 54 Nuten, Abb. Nr. 179 60 Nuten, Abb. Nr. 183, 194, 195 V.

XVI

Dreiphasen-Zweischichten-Bruchlochwicklungen 4polig 18 Nuten, Abb. Nr. 277 27 Nuten, Abb. Nr. 280

202 203 204 207 210 284 205 206 208 209 205 205 297 206 210 261 212 229 213u.215 230u.233 232 203 200 206 208—209 209 211 214u.231 232 211 211 215, 227, 228 322 324

30 N u t e n , 42 N u t e n , 6 polig 24 N u t e n , 27 N u t e n , 48 N u t e n , 8polig 30 N u t e n , 36 N u t e n , 42 N u t e n , 54 N u t e n , 60 N u t e n , 60 N u t e n , 66 N u t e n , 78 N u t e n , 10 polig 48 N u t e n , 72 N u t e n ,

Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb.

Nr. 281 Nr. 284 Nr. 287 Nr. 190 Nr. 173 Nr. 291 Nr. 292 Nr. 293 Nr. 295 Nr. 296 Nr. 297 Nr. 298 Nr. 299 Nr. 303 Nr. 300 bis 302

325 328 330 225 209 332 332 333 334 335 336 337 338 342 340 bis 341

VI. D r e i p h a s e n - E i n s c h i c h t - G a n z l o c h W i c k l u n g e n 2 polig 12 N u t e n , A b b . Nr. 239 18 N u t e n , Abb. Nr. 241 24 N u t e n , A b b . Nr. 242 36 N u t e n , Abb. Nr. 246 36 N u t e n , Abb. Nr. 247 4polig 12 N u t e n , Abb. Nr. 240 24 N u t e n , A b b . Nr. 243 36 N u t e n , Abb. Nr. 249 48 Nuten, A b b . Nr. 257 6 polig 36 N u t e n , A b b . Nr. 250 8polig 48 N u t e n , Abb. Nr. 253 72 N u t e n , A b b . Nr. 254 72 N u t e n , Abb. Nr. 255 10 polig 60 N u t e n , Abb. Nr. 248

291 292 293 295 295 292 293 296 301 297 299 299 230 296

VII. D r e i p h a s e n - Z w e i s c h i c h t e n - G a n z l o c h Wicklungen 2 polig 12 N u t e n , Abb. Nr. 272 18 N u t e n , A b b . Nr. 273 24 N u t e n , Abb. Nr. 274 36 N u t e n , Abb. Nr. 276 4polig 24 N u t e n , Abb. Nr. 275 36 N u t e n , Abb. Nr. 268 (Schaltplan) 36 N u t e n , Abb. Nr. 285 36 N u t e n , Abb. Nr. 282 36 N u t e n , A b b . Nr. 283 (2 Stränge parallel) 48 N u t e n , Abb. Nr. 286 6 polig 36 N u t e n , Abb. Nr. 288 54 N u t e n , A b b . Nr. 289 72 N u t e n , Abb. Nr. 290 8polig 48 N u t e n , Abb. Nr. 293 72 N u t e n , Abb. Nr. 305 12 polig 36 N u t e n , Abb. Nr. 256 18 polig 108 N u t e n , A b b . Nr. 306

321 321 321 322 321 313 329 326 327 329 330 331 331 333 343 300 344

V I I I . D r e i p h a s e n - Z w e i sc h i c h t e n - G a n z l o c h w i c k l u n g e n mit Spulen gleicher oder oder ungi. Weite, f ü r alle N u t e n z a h l e n u n d

XVII

Wickelschritte. Vereinfachte Darstellung in 3 Wicklungssträngen getrennt, für Serien- und Parallelschaltung je Strang. 2polig je Phase 2 Spulen in Serie, Abb. Nr. 313 je Phase 2 Spulen parallel, Abb. Nr. 314 4polig je Phase 4 Spulen in Serie, Abb. Nr. 315 je Phase 2 Spulen parallel, Abb. Nr. 316 je Phase 4 Spulen parallel, Abb. Nr. 317 6 polig je Phase 6 Spulen in Serie, Abb. Nr. 318 je Phase 2 Spulen parallel, Abb. Nr. 319 je Phase 3 Spulen parallel, Abb. Nr. 320 je Phase 6 Spulen parallel, Abb. Nr. 321 8 polig je Phase 8 Spulen in Serie, Abb. Nr. 269 je Phase 2 Spulen parallel, Abb. Nr. 322 je Phase 4 Spulen parallel, Abb. Nr. 323 je Phase 8 Spulen parallel, Abb. Nr. 324 IX. P o l u m s c h a l t b a r e 4/2 polig, 4/2 polig, 4/2 polig, 4/2polig, 4/2polig, 6/4 pol ig, 6/4/2 polig, 6/4/2 polig, 8/4polig, 8/4 polig, 8/4 pol ig, 8/4polig, 8/4 polig, 8/6 pol ig, 8/4/2 polig, 8/6/4polig, 8/6/4 polig, 8/6/4/2polig, 12/6 polig, 12/6 polig, 12/6 pol ig, 12/6polig, 12/8/6/4polig, IX.

Dreiphasenwicklungen 24 Nuten, Einsch. Abb. Nr. 333 24 Nuten, Zweisch. Abb. Nr. 340 24 Nuten, Sp. Gl. W. Abb. Nr. 341 36 Nuten, Zweisch. Abb. Nr. 342 (Dahlander) 48 Nuten, Zweisch. Abb. Nr. 348 (Dahlander) 36 Nuten, Zweisch. Abb. Nr. 352 36 Nuten, Zweisch. Abb. Nr. 362 54 Nuten, Zweisch. Abb. Nr. 332 24 Nuten, Zweisch. Abb. Nr. 344 36 Nuten, Zweisch. Abb. Nr. 345 48 Nuten, Zweisch. Abb. Nr. 346 36 Nuten, Zweisch. St. Dreieck Abb. Nr. 347 . 48 Nuten, Einsch. Abb. Nr. 334 (Dahlander) 36 Nuten, Einsch. Abb. Nr. 353 48 Nuten, Einsch. Abb. Nr. 356 36 Nuten, Zweisch. Abb. Nr. 361 48 Nuten, Zweisch. Abb. Nr. 364 36 Nuten, Zweisch. Abb. Nr. 350 60 Nuten, Einsch. Abb. Nr. 335 36 Nuten, Zweisch. Abb. Nr. 349 72 Nuten, Einsch. Abb. Nr. 336 72 Nuten, Zweisch. Abb. Nr. 351 72 Nuten, Zweisch. Abb. Nr. 339

a) P o l u m s c h a l t b a r e D a h l a n d e r - W i c k l u n g e n ter Darstellung, Zweischichtenwicklungen. 4/2 polig 8/4 pol ig 12/6 pol ig 16/8 polig

für für für für

alle alle alle alle

Nutenzahlen u. Wickelschritte, Nutenzahlen u. Wickelschritte, Nutenzahlen u. Wickelschritte, Wickelschritte u. Nutenzahlen,

IX. b) Polumschalter 8/6/4 Pole SSW Weinert, Dreieck/Dreieck-Schaltung, 12 Klemmen, Prinzipschaltungen für 2 u. 4 Drehzahlen, Dahlander-Wicklung mit Polumschalter, Dahlander-Wicklung mit 3 Drehzahlen, Dahlander-Wicklung mit 4 Drehzahlen,

XVIII

Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb.

in

356 357 358 359 360 361 362 363 364 317 365 366 367 381 388 388 389 394 398 410 380 391 392 392 393 382 399 402 409 412 396 383 395 384 397 387

vereinfach-

Abb. Abb. Abb. Abb. Nr. Nr. Nr. Nr. Nr. Nr.

Nr.325 Nr.326 Nr.327 Nr.328 364 363 337 368 370 338

. . . . . .

. . . . . .

368 369 370 371 412 411 385 417 418 386

X.

XI.

Zweiphasen-Bruchlochwicklung. 4polig, 16 Nuten, Abb. Nr. 208 (Zweiphasen-Läuferwicklung) 248 4 polig, 36 Nuten, Abb. Nr. 201 234 4polig, 16 Nuten, Abb. Nr. 209(Zweiphasen-Formspulenwicklung) 251 Einphasen-WechseIstrom-Wicklungen. Abb. Nr. 390 bis Nr. 394 Abb. Nr. 464 bis Nr. 485

454-460 534—542

XII. S o n d e r a u s f ü h r u n g e n . 1. 4polige Reihenwicklung mit „blinder" Spule, 22 Nuten, Abb. Nr. 137 176 2. 4polige „künstlich" geschlossene Reihenwicklung, 24 Nuten, Abb. Nr. 138 176 3. 4 polige Schleifenwicklung 27 Nuten, Abb. Nr. 139 u. 140. 177 4. Ausgleichsystem f ü r eine 4 polige zweifach geschlossene, zweigängige Gleichstromanker-Schleifenwicklung, Abb. Nr. 144 186 5. Prinzipdarstellung einer 4 poligen Gleichstromanker-Schleifenwicklung, Abb. Nr. 145 187 6. Zweifach geschlossene 4 polige Gleichstromanker-Schleifenwicklung 20 Nuten Abb. Nr. 149 190 7. 4 polige, zweigängige, zweifach geschlossene Schleif en(Parallel-)Wicklung, Abb. Nr. 150 192 8. 6polige Dreiphasen-Zweischichtenwicklung, umschaltbar f ü r die Netzspannungen 110,125, 190, 220, 330 und 380 Volt, Abb. Nr. 203 242 9. Umschaltbare Dreiphasenwicklung f ü r das Spannungsverhältnis 2 : 1 (z. B. 440/220, 220/110 Volt), 4polige Zweischichtenwicklung, Abb. Nr. 204 243 10. 2 - 3 - und 4-Lochspulen ungl. Weite, Abb. Nr. 205 . . . . 244 11. Undurchführbare Parallelschaltung von Mehrfachspulen Abb. Nr. 206 243 12. 4 polige Dreiphasenwicklung, Abb. Nr. 207 246 13. Dreiphasen-Dreiebenen-Ganzlochwicklung, 48 Nuten, Abb. Nr. 259 303 14. Dreiphasen-Dreiebenen-Ganzlochwicklung f ü r geteilte Ständer, 4 polig, 24 Nuten, Abb. Nr. 260 304 15. Universal-Schaltbild f ü r 2/4/6- und 8polige DreiphasenZweischichtenwicklungen Abb. Nr 304 343 16. Dreiphasen-Zweischichten-Wicklung f ü r Stern/Dreieck-Anlaßschaltung, Abb. Nr. 358 405 17. Prinzip-Schaltbild einer 3stufigen Anlaßschaltung f ü r Dreiphasen-Zweischichten-Wicklungen, Abb. Nr. 359 . . . . 406 18. 4 polige Dreiphasen-Zweischichten-Formspulen. Träufelwicklung, 36 Nuten, Abb. Nr. 360 407 19. Polumschaltbare Dreiphasen-Zweischichtenwicklung f ü r 3 Drehzahlstufen: 450/680/900 U/min. Abb. Nr. 365 . . 413 20. 8polige Gleichstrom-Reihenparallelwicklung, 270 Nuten mit Ausgleichverbindungen Abb. 375 424

XIX

Einleitung Der Beruf des Elektromaschinenbauers hat infolge des gewaltigen Aufschwunges, den die Elektromaschinenindustrie in den letzten Jahrzehnten zu verzeichnen hat, an Bedeutung zugenommen. Die Zukunft unseres wirtschaftlichen Lebens wird bei der fast unbegrenzten Verwendungsmöglichkeit der elektrischen Maschinen in Industrie, Verkehrs- und Landwirtschaft dem Elektromaschinenbauer ein Betätigungsfeld bieten, welches zu den besten Aussichten berechtigt. Die Eigenart des Elektromaschinenbauerberufes bringt es mit sich, daß neben den praktischen Kenntnissen eine nicht unbedeutende theoretische Schulung erforderlich ist, um eine wirklich ersprießliche Tätigkeit auf diesem Gebiete entfalten zu können. Bei der Bedeutung, die der theoretischen Ausbildung beizumessen ist, bleiben jedoch die praktischen Kenntnisse in dem Ausbildungsgrundsatz als wichtigster Punkt bestehen, und demgemäß erheischt die Wiedergabe der praktischen Erfahrungen in der dem Elektromaschinenbauer zweckdienlichen Literatur den größten Raum. Die Behandlung theoretischer Einzelheiten ist nur dann als geeignet zu betrachten, wenn dieselben unmittelbar mit dem praktischen Arbeitsvorgang zusammenhängen. Allerdings findet man nur wenige Berufe, wo die Voraussetzungen für die praktischen und theoretischen Kenntnisse so in die Erscheinung treten, wie gerade bei dem Elektromaschinenbauerberuf. Diese Tatsache gibt daher besondere Veranlassung, den Erfordernissen bei der Bearbeitung des Lehrstoffes nach bester Möglichkeit Rechnung zu tragen. Nicht allein die Wiedergabe der praktischen Arbeitsvorgänge, sondern auch die Arbeitsmethoden, die gebräuchlichen Maschinen, Hilfsmittel und Werkzeuge sowie die wirtschaftliche Verarbeitung der Werkstoffe sollen in dem vorliegenden Werk gewürdigt werden. Die mit dem Beruf zusammenhängenden maschinentechnischen Kenntnisse lassen eine Besprechung verschiedener Motoren deutscher Hersteller als zweckmäßig erscheinen, um hierbei gleichzeitig auf einige theoretische Einzelheiten, die für den Praktiker von Bedeutung sind, im bedingten Maße eingehen zu können. Auch der Elektromaschinenbauer, insbesondere wenn sich seine Tätigkeit in einem Instandsetzungswerk vollzieht, wird häufig vor Aufgaben gestellt, deren Lösung die Kenntnis bestimmter Konstruktionsbedingungen voraussetzt. 1

R a s k o p , Katechismus, 13. Aufl.

1

Abb. 1. Das Einlegen der Formspulen in den Ständer eines Großgenerators (Werkbild: Elin, Weiz)

2

Manche Störung, die nach vollzogener Instandsetzung in Erscheinung tritt, hat als Ursache einen kaum sichtbaren Fehler, der auf die Unkenntnis gewisser Voraussetzungen mechanischer oder elektrischer Art zurückzuführen ist und dessen Beseitigung demzufolge Schwierigkeiten in den Weg treten. In dem vorliegenden Werk wird daher in einem besonderen Abschnitt auf diejenigen Bedingungen elektrischer und mechanischer Art aufmerksam gemacht, die bei einer Instandsetzung der Maschine durch unsachgemäße Arbeit aufgehoben oder vernichtet werden können und somit später zu Störungen kleineren oder größeren Umfanges Anlaß geben. Diese auch in dem Grundtext eingeschlossenen Abhandlungen haben daher vornehmlich den Zweck, die sachliche Urteilskraft des Praktikers zu stärken und das Verständnis für exakte saubere Arbeit zu fördern.

A b b . 2. Blick in die W i c k e l e i e i n e s n e u z e i t l i c h e n I n s t a n d s e t z u n g s w e r k e s für elektrische M a s c h i n e n ( W e r k b i l d : A. Profitlich, S i e g b u r g )

1*

3

I.Teil

Die Ausnutzung des Wickelraumes bei Gleichstromanker und Drehstromständer Die Konstruktion und Ausführung der elektrischen Maschinen kann nach dem heutigen Stand als vollendet bezeichnet werden. Mit dieser Tatsache darf sich der Handwerker abfinden und sein Interesse vornehmlich dem praktischen Arbeitsvorgang bei der Herstellung der Maschine zuwenden, wo Verbesserungen in der heutigen Zeit nicht nur möglich, sondern auch sehr erwünscht sind. Um jedoch für die verschiedenen Ausführungsarten bei dem Handwerker Verständnis zu finden, ist es erforderlich, mit einigen Worten die Gesichtspunkte, nach welchen der Erbauer die Entwürfe, Berechnungen und Konstruktionen der Maschinen durchzuführen hat, zu beleuchten. Bei einer elektrischen Maschine unterscheidet man das aktive und das passive Material. Das aktive Material finden wir bei der Gleichstrommaschine in dem Ankerkörper, den Polkernen, Magnetgestell und Wicklungen usw., während bei Drehstrommaschinen nur das Blechpaket des Läufers und des Ständers neben den Wicklungen usw. als solches bezeichnet werden kann. Das aktive Material ist dasjenige, welches elektrisch oder magnetisch beansprucht wird, wo hingegen das passive Material aus den nur mechanisch beanspruchten Konstruktionsteilen gebildet wird. Das magnetisch beanspruchte aktive Material besteht aus hochwertigem Eisenblech von ca. 0,5 mm Stärke, einseitig mit Papier beklebt oder mit Isolierlack lackiert. Das passive Material besteht, soweit Gehäuseteile in Frage kommen, fast ausschließlich aus Gußeisen, Stahlguß oder Leichtmetall.

Der Raum zur Aufnahme der Wicklung Der Erbauer hat nun die Aufgabe, das passive Material, welches zum Aufbau der Maschine erforderlich ist, auf das geringste Maß zu beschränken, damit die Ausführung klein und das Gewicht gering ausfällt. Indem er dieser Anforderung entspricht, ist er vielfach gezwungen, die Wicklung in einem engen Raum unterzubringen. Bei der Herstellung solcher Wicklungen ist besondere Sorgfalt am Platze, um zu verhüten, daß Berührungen zwischen dem Eisenkörper und der Wicklung sowie zwischen den einzelnen Wicklungselementen vorkommen.

4

Während die Wickler in den Großbetrieben der Hersteller durch Serienherstellung bestimmter Wicklungsarten mit den Raumverhältnissen in solchen Fällen schnell vertraut werden, bedarf es bei einer Neuwicklung in einem Instandsetzungswerk besonderer Aufmerksamkeit und sorgfältigster Arbeit. Vor allen Dingen ist Wert darauf zu legen, daß die Abmessungen des Wickeldrahtes im blanken und isolierten Zustand genauso gewählt werden, wie bei der Ursprungswicklung und daß die Gesamtform einer Spule bzw. der ganzen Wicklungen der erprobten Ursprungsform ähnlich wird. Eine Änderung in den vorliegenden Abmessungen an dem aktiven Material durch Vergrößerung der Nuten und Nutenschlitze oder Verringerung

Abb. 3. Vorbildliche R a u m a u s n u t z u n g bei der G e s t a l t u n g der Wickelköpfe an einem Gleichstromanker (Werkbild: H. Schümann, Lübeck)

des Drahtquerschnittes usw. hat einen nachteiligen Einfluß auf die Leistung und den Wirkungsgrad der Maschine. Solche Versuche sind jedenfalls gewagt und müssen möglichst vermieden werden, da dieselben unliebsame Störungen zur Folge haben. Sind die Raumverhältnisse in den Nuten als beengt erkannt, welches bei dem Abbau der beschädigten Wicklung leicht festgestellt werden kann, so ist besonderer Wert auf die Stärke der Nutenisolation und Umspinnung des Wickeldrahtes zu legen. Die einzelnen Drähte müssen sauber gerichtet neben- und übereinander in die Nuten eingelegt und mit geeigneten Holz-

5

Stäbchen oder Stemmern zusammengedrückt werden. Außerhalb der Nuten sind die Drahtbündel der einzelnen Wicklungselemente unter bestmöglichster Ausnutzung des vorhandenen Wickelraumes anzuordnen. Es kommt hierbei vielfach auf bestimmte Knicke und Biegungen an, um die gesamte Form der Wicklung den Raumverhältnissen entsprechend fertigstellen zu können. Während man die Raumverhältnisse der Nuten durch Einpassen der erforderlichen Drahtzahl (Spulen) leicht untersuchen kann, treten die entsprechenden Verhältnisse des Wickelraumes außerhalb der Nuten gewöhnlich erst nach Herstellung eines Teiles der Wicklung in Erscheinung. So kommt es z. B. beim Gleichstromanker mit Handwicklung vor, daß der Raum R in Abb. 4 nicht ausreicht, um die Wicklung sachgemäß anzuordnen, während bei der Ursprungswicklung diese Erscheinung nicht zu bemerken war. Der Wickler kommt in solchen Fällen mit dem vorhandenen Platz für die Wicklung nicht aus und würde bei Fertigstellung mit dem Wickelkopf bis auf die Abb. 4. Gleichstromanker für Lagerstelle geraten. Auch kann der Fall Handwicklung eintreten, daß infolge unsachgemäßer Anordnung der einzelnen Wicklungselemente auf der Stirnfläche des Ankers eine Wulst entsteht, die sich etwa über die Hälfte einer Stirnfläche erhebt, während die andere Hälfte merklich hiergegen abfällt. Der Wickelkopf erhält hierdurch einen Schwerpunkt, der durch Auswuchten des Ankers (Ausbalanzieren) wieder ausgeglichen werden muß. In den meisten Fällen wird ein Auswuchten aber gar nicht möglich sein, weil die Befestigung eines ausgleichenden Gegengewichtes bei dieser Ausführung ausgeschlossen ist. Nimmt man nun den Anker mit der nicht ausgewuchteten Wicklung in Betrieb, so können Störungen eintreten, die sich durch Vlbration der ganzen Maschine und Feuern der Bürsten bemerkbar machen. Da in Instandsetzungswerken auch vielfach schon von anderer Hand ausgebesserte oder neugewickelte Anker bearbeitet werden müssen, so ist dem Handwerker in solchen Fällen nicht die Möglichkeit gegeben, die Ursprungswicklung in ihren Einzelheiten als Muster zu verwenden. Es ist daher zweckmäßig, einige Gesichtspunkte, deren Beachtung für die sachgemäße Herstellung solcher Wicklungen von ausschlaggebender Bedeutung ist, näher zu erörtern. 6

Im allgemeinen kann man zunächst sagen, daß die Stärke der Drahtumspinnung und die Isolation zwischen jeder Spule auf der Stirnfläche des Ankers nicht zu stark sein darf. Die Windungen einer Spule müssen bei Vermeidung von Überkreuzungen möglichst nebeneinander auf den Stirnflächen angeordnet und so fest als angängig, evtl. durch sorgfältiges Klopfen mit geeigneten Holz- oder Preßstoffkeilen aufeinandergelegt werden. Hierbei ist zu beachten, daß bei Halbmesser- und Sehnenwicklungen mit fortlaufend eingewickelten Spulen der Teil H der Spule (Abb. 5) fest auf

7 Abb. 6.

Gleichstromanker

für Handwicklung,

mit 2 eingewickelten

Spulen

die bereits eingewickelte Spule angedrückt werden muß, während der Teil E lockerer liegen bleibt. Die Wickelarbeit schreitet entgegen des Uhrzeigers Nute 1 , 2 , 3 usw. vorwärts, bis in Nute 12 die erste Nute vollgewickelt ist. Während das in Abb. 4 angedeutete Maß R mit dem Einwickeln jeder Spule zunimmt, darf das bei Nute 12 erreichte Höchstmaß im weiteren Verlauf der Wickelarbeit nicht mehr überschritten, sondern dieses Maß muß bis zur Vollendung der Wicklung beibehalten werden. Um die obere von der unteren Spulenlage in geeigneter Weise voneinander zu isolieren, legt man nach Einwickeln der halben Spulenzahl eine kreisrunde Scheibe aus starkem Leinen, die eine dem Durchmesser des isolierten Wellenansatzes entsprechende Lochung 7

erhält, über den Wickelkopf. Der äußere Durchmesser dieser Scheibe muß so groß sein, daß dieser bis vor die Ankernuten reicht. Die aus den Ankernuten hervorgehende Streifenisolation zwischen der oberen und unteren

Abb. 7.

Anker mit halbgeschlossenen Nuten

und einer eingewickelten Spule

Spulenlage muß von dieser überdeckt werden. Die eben genannte Isolationsscheibe wird, da sie als eine ebene Fläche angesehen werden muß, sich nicht

8

ohne Falten an die Wölbung der Wicklung anlegen. Man zieht daher nach dem Einwickeln einer oberen Spule das Leinen glatt, schneidet die zum Schluß entstehende Falte etwa bei der vorletzten Spule auf und wickelt die zurückbleibenden Lappen unter der letzten Spule fest. Bei Gleichstromankern, die ausschließlich für diese Wicklungsart ausgelegt sind (z. B. Fabrikate der Bergmann-Elektr.-Werke) hat der Erbauer den Raum R und die Stirnfläche des Ankers so bemessen, daß bei einiger Übung die Wicklung verhältnismäßig leicht fertiggestellt werden kann. Der Ankerdurchmesser ist entsprechend, die Nuten sind schmaler als die Zähne. Man kann also, wenn diese Anzeichen vorhanden sind, einen Schluß ziehen, ob diese Wicklungsart ohne Bedenken hergestellt werden kann. Gleichstromanker in der Ausführung Abb. 5 sind demnach geeignet, hingegen dürfte bei Ausführung nach Abb. 6 die Wicklungsart Abb. 6 oder 7 vorteilhaft sein. In Abb. 6 ist also die Hälfte einer Spule nach vorwärts, die eine Hälfte nach rückwärts eingewickelt, die Wicklung wird aber auch, wie in Abb. 5, fortlaufend hergestellt. Es liegt lediglich an der Ansicht des Erbauers, ob er um den erforderlichen Eisenquerschnitt zu erhalten, den Ankerdurchmesser im Verhältnis zu seiner Länge größer (Abb. 5) oder (bei Abb. 7) einen geringeren Durchmesser und größere Länge für einen bestimmten Motor wählt. Ganz abgesehen davon, daß bei gegebener Umlaufzahl der größtmögliche Ankerdurchmesser durch die Grenze der zulässigen Umfangsgeschwindigkeit gegeben ist, hängt die Ausführungsart auch vielfach mit vereinfachten Herstellungsmethoden zusammen. Man wählt z. B„ um die Kosten für Modelle, für Schnitte zum Stanzen der Bleche usw. auf ein Mindestmaß zu beschränken, für 2- und 3-PS-Motoren dasselbe Gehäuse. Desgleichen erhalten beide Anker denselben Durchmesser, Nutenzahl u n d Nutenform, nur die Breite des aktiven Eisenkörpers und die Wicklungen ändern sich entsprechend.

Abb. 8.

Gleichstromanker

Bei Ankern mit Formspulenwicklung findet man beengte Raumverhältnisse außerhalb der Nuten verhältnismäßig selten. Im allgemeinen kann auch hier wieder gelten, daß bei kleinem Ankerdurchmesser, breiten Nuten 9

und schmalen Zähnen sorgfältige Ausnutzung des Wickelraumes erforderlich ist. Ganz besonders gilt dieses bei größeren zweipoligen Maschinen älterer Bauart mit dieser Wicklung. Neuzeitliche Maschinen werden von etwa 5 PS ab fast ausnahmslos vierpolig gebaut. Der Ankerdurchmesser ist im Verhältnis zu seiner Länge, auf Grund bewährter Rechnungsformeln, fast immer größer. Durch das geringere Maß der Polteilung gegenüber einer zweipoligen Maschine wird der Wickelschnitt kürzer und das Maß R in Abb. 8 geringer. Bei gleicher Spulengröße, aber verschiedener Spulenform, kann dieses Maß zum Nachteil geändert werden. Nimmt man z. B. zwei Spulen, die auf derselben Schablone hergestellt sind, formt diese aber so, daß das Maß B in Abb. 9 verschieden ausfällt, so

werden folgerichtig auch die Maße R geändert. Die Wickelköpfe werden entweder zu lang und streifen bei geringer Ausbuchtung der Lagerschilde an das Gehäuseeisen, oder bei zu groß gewähltem Maß B wird das Maß R von der 4. bis 6. Spule an immer kleiner, so daß eine Fertigstellung der Wicklung überhaupt ausgeschlossen ist. Wie groß nun das Maß B gewählt werden darf, um den störungslosen Verlauf der Wickelarbeit zu gewährleisten, hängt im allgemeinen mit dem zur Verfügung stehenden Raum R zusammen. 10

Bei den meisten mehrpoligen Maschinen kann dieses Maß, falls erforderlich, ohne Bedenken einige Millimeter größer oder kleiner gewählt werden als bei der Ursprungswicklung. Es ist aber ratsam, sich stets an das Ursprungsmaß zu halten. Ist der Raum R schon durch den Erbauer auf ein Mindestmaß festgelegt, so muß wieder auf richtigen Wickelschritt, Drahtstärke, Umspinnung und Bandumwicklung geachtet werden. Die Drahtwindungen müssen auch außerhalb der Nuten bei jeder Spule sauber über- und nebeneinander angeordnet sein, und das Maß B in Abb. 9 darf nicht größer als das Ursprungsmaß werden.

Abb. 10.

Zwischenlage aus einer Spulenform

Es bedarf natürlich keiner Fra der Formspulenzwischenlage (Abb, Wicklung von ausschlaggebender Bedeutung sind. Wie schon erwähnt, kann bei normalen mehrpoligen Maschinen durch die Größe des Raumes R der ordnungsmäßige Verlauf der Wickelarbeit für die allgemeinen Fälle angenommen werden. Schwieriger liegen die Verhältnisse bei Sondermotoren, wo Ausführung und Berechnung dem Verwendungszweck entsprechend eine gedrängte Gesamtform erheischen. Bei Grubenbahnankern z. B. ist der Raum R gewöhnlich knapp bemessen.

daß die richtigen Grundabmessungen 0) für die sachgemäße Herstellung der

Abb. 11. Verstellbares Spulen-Wickelgerät „Rekord", nach Ideen des Verfassers. (1926)

11

Die Fertigstellung der Wicklung erfordert, vorzugsweise wenn der Motor für 500 Volt Betriebsspannung ausgeführt ist, eine recht sorgfältige Anfertigung der Spulen und zweckentsprechende Raumausnutzung.

Es ist in solchen Fällen ratsam, die Spulen auf einer Metallschablone herzustellen, die vermöge ihrer sinnreichen Ausführung ohne weitere Behandlung ein gebrauchsfertiges Formen jeder Spule ermöglicht, so daß

Abb. 13.

Spulenform mit verstellbarer Anordnung der Formteile

sämtliche Wicklungselemente die gleichen Abmessungen erhalten. Die Spulen haben also bei Entnahme aus der Schablone schon die Form in Abb. 12.

12

Besonderer Wert ist auch auf die Wölbung der Spulenschenkel zu legen, die dem Durchmesser des Spulenträgers entsprechend sein muß. Bei kurzem Wickelschritt — großem Ankerdurchmesser und dünnen Drähten — läßt sich diese Wölbung allerdings auch beim Einlegen der Spulen, während der Wickelarbeit, in zweckentsprechender Weise nachholen. Die Metallspulenformen für den obenerwähnten Zweck lassen sich für gewölbte Spulenschenkel gewöhnlich nur für eine bestimmte Größe anfertigen. Diese Tatsache setzt voraus, daß die Anschaffungskosten durch laufende Aufträge wettgemacht werden. Eine für mehrere Größen verwendbare Spulenform zeigt Abb. 13.

Die auf dieser Spulenform angefertigten Spulen haben keine gewölbten Schenkel, besitzen jedoch den Vorteil der Gleichmäßigkeit und ergeben einen vorzüglich aussehenden Wickelkopf. Liegen bei einer Spule mehrere Drähte nebeneinander, so erfordert die Herstellung wesentliche Übung und Zeitaufwand. F ü r Spulen mit gewölbten Schenkeln fertigt man eine Form an, die im wesentlichen derjenigen in Abb. 13 entspricht. Die Gesamtform ist jedoch dem Durchmesser des Ankers entsprechend kreisbogenförmig hergestellt, und für die Schenkel werden gewölbte Anlagebleche angeschraubt. Um ein störungsloses E n t fernen der Spule aus der Form sicherzustellen, müssen die Nasenbolzen und ein Seitenteil auswechselbar angeordnet werden. Mit einer derartigen Spulenform wird der Zweck erreicht, den Ankerspulen diejenige Form zu geben, die dieselben bei fertiggestellter, betriebsfertiger Wicklung haben müssen. E s wird eine Formspulenwicklung wohl kaum hergestellt werden können, ohne die einzelnen Spulen bei der Wickel-

13

arbeit durch sorgfältiges Biegen und Klopfen in die endgültige Lage zu bringen. Erfahrungsgemäß bedürfen die auf eben erwähnter Art hergestellten Spulen nur geringe Verbesserungen in ihrer ursprünglichen Form. Die Wickelarbeit wird daher wesentlich erleichtert und beschleunigt, und die sachgemäße Herstellung der Wicklung wird gewährleistet, wenn die Grundmaße der Spulen richtig gewählt wurden. Neben den vorstehenden Ausführungen sind noch einige Gesichtspunkte zu erwähnen, deren Beachtung für die richtige Ermittlung der Spulengrundmaße von Bedeutung ist. Die Größe des Raumes R in Abb. 14 bei Ankern ohne Wicklung ist leicht festzustellen, wenn man bei der zusammengebauten Maschine den Abstand zwischen Ankerkörper und Lagerschild ermittelt. Unter Berücksichtigung des erforderlichen Spielraumes für den Anker in waagerechter Richtung ist das erhaltene Maß noch um einen angemessenen Luftabstand zwischen Wicklung und Lagerschild zu kürzen (etwa 20—30 mm). Ob die Spulen in der erwünschten Art in dem Raum R untergebracht werden können, hängt bei normalen Platzverhältnissen lediglich von der Größe der Maße a und b (Abb. 14) ab. Bei normalen Gleichstrommaschinen der Siemens-Schuckert-Werke und der AEG sind diese Abmessungen reichlicher als bei anderen Erzeugnissen. Es erhellt hieraus, daß man bei den erstgenannten Ausführungen selten Schwierigkeiten mit der Wickelarbeit hat, weil die Raumverhältnisse reichlich bemessen sind. Sind die Grundmaße (Abb. 8 oder 14) tatsächlich etwas knapp genommen worden, so kann man bei den erstgenannten Erzeugnissen durch Verkürzen der Maße B (Abb. 9) noch einen Ausgleich schaffen. Wenn die Platzverhältnisse ungeklärt sind, so muß man die Maße a und b auf ein zulässiges Mindestmaß halten. Bestimmte Abmessungen lassen sich hierfür ohne weiteres nicht angeben. Es wird aber bei einiger Kenntnis der Ausführungsarten unserer bekannten Erzeugnisse kaum schwer fallen, die richtigen Maße durch praktische Erfahrung herauszufinden. Da der Raum R sich aus den Abmessungen a, b, c und d und dem Teilschritt Y j bei der Auslegung des Ankers ergeben hat, so lassen sich diese Größen natürlich auch wieder rechnerisch ermitteln. Von einer Wiedergabe des Berechnungsganges muß hier jedoch abgesehen werden, weil derartige Abhandlungen über den Rahmen des Buches hinausgehen und den Bedürfnissen auch ohne Anschreiben der Formeln Rechnung getragen werden kann. Man nimmt zunächst einen Kupferdraht und formt denselben nach dem Wickelschritt und den Maßen R der Spule entsprechend so, daß das Gebilde etwa der eingezeichneten Spule in Abb. 9 (bzw. Abb. 14) entspricht. Für das Maß a nehmen wir bei einer 5-PS-Maschine etwa 15—20 mm an. Nach dieser Form wird nun die Form Abb. 13 eingestellt, oder nach Zurückbiegen des Musters nach Abb. 10 fertigt man die Zwischenlage für die

14

Holzform an. Die Maße d werden durch sorgfältige Anordnung der Drähte über- und nebeneinander und durch sachgemäße Bewicklung der Spulen mit Leinenband auf ein Mindestmaß gehalten. Sind zwei Spulen fertiggestellt, so baut man dieselben in gebrauchsfertiger Form ein, und zwar eine Spule dem Wickelschritt Y x (Abb. 14, Nute 1—7) entsprechend, die zweite Spule von ausgehend, ebenfalls dem Wickelschritt entsprechend (in Abb. 14, Nute "4—10).

Abb. 15. Spulen-Wickelei. H e r s t e l l u n g von F o r m s p u l e n f ü r eine größere Leistungseinheit ( W e r k b i l d : H . S c h ü m a n n , L ü b e c k )

Nachdem beide Spulen in ihrer Lage verbessert worden sind, entnimmt man das Maß h und stellt fest, ob die Spulen der noch offenen Nuten in diesem Raum untergebracht werden können, ohne daß das Maß c geändert wird. In unklaren Fällen fertigt man die erforderliche Anzahl Spulen an und macht diese Probe durch Einbauen der Spulen. Falls es ratsam erscheint und die Möglichkeit vorliegt, kann man nach der erstgenannten Probe Verbesserungen in der Gesamtform (Grundmaße) oder der Maße a und b vornehmen. Die Höhe der Spulennase muß kleiner sein als das Maß r in Abb. 16, damit der Durchmesser des Wickelkopfes nicht größer wird als der Ankerdurchmesser.

15

Diejenigen Spulenteile, die der Stromwenderseite zugekehrt sind, werden zu einem Wickelkopf vereinigt, dessen Durchmesser kleiner werden muß als derjenige an der Riemenscheibenseite. Diese Bedingung hat allerdings nur Gültigkeit, wenn die Schaltenden zur Herstellung einer Reihen- oder Reihenparallelschaltung, der Abb. 9 entsprechend, aus den Spulen austreten. Bei Parallelschaltungen führt man die Schaltenden im allgemeinen bis an die Spulennase und läßt hier den Austritt stattfinden (Abb. 12). In dem erwähnten ersten Falle wird die Höhe der einen Spulenhälfte um das Maß der Schaltdrähte geringer. Aus diesem Grunde wird also auch der Durchmesser des Wickelkopfes schon kleiner werden. Es bleibt jedoch zu berücksichtigen, daß die Schaltenden besonders gut isoliert werden müssen, da dieselben nach Fertigstellung der Schaltung mit Nachbarspulen

Abb. 16.

Unbewickelter Gleichstromanker mit Wickelträger

in Berührung kommen, die volle Betriebsspannung führen. Um diese Isolation in zweckentsprechender Weise durchzuführen, werden die Schaltenden mit Glanzgarn- oder Baumwollschlauch überzogen und außerdem zwischen der oberen und unteren Schaltlage Preßspanstreifen oder Leinenbandpackungen eingefügt. Hierdurch erfährt der Gesamtdurchmesser des Wickelkopfes natürlich eine Vergrößerung, die bei Nichteinhaltung der Mindestmaße zu unliebsamen Störungen Anlaß geben kann. Ist der Wickelträger verhältnismäßig hoch, das Maß r in Abb. 16 also gering bemessen, so empfiehlt es sich, die Höhe der Spulennasen an der Schaltseite etwas kleiner zu halten als an der Riemenscheibenseite. Weiter ist vor dem Schalten der oberen Schaltdrähte durch Anlegen eines Lineals auf den Ankerkörper die Höhe des Wickelkopfes zu untersuchen. Es muß bei Abschätzung dieses Maßes darauf Rücksicht genommen werden, daß die Drahtbandagen auch noch Platz beanspruchen. Legt man auf die Beachtung der erwähnten Punkte kein Gewicht, so kann es leicht vorkommen, daß der Durchmesser des Wickelkopfes zu groß wird, so daß der Anker nicht mehr durch das Magnetgehäuse geführt werden kann.

16

Die Ausnutzung des Raumes zur Unterbringung der oberen Schaltdrähte erfordert besondere Beachtung. Ob die gesamten Drähte in dem jeweils zur Verfügung stehenden Räume untergebracht werden können, hängt im allgemeinen von der zweckentsprechenden Biegung der ersten Schaltdrähte ab. Bei verhältnismäßig schmalen Ankern mit großem Durchmesser, gedrungener Bauart der Maschine und hoher Unterteilung des Stromwenders (hohe Betriebsspannung) ist nicht selten die Unterbringung der oberen Schaltdrähte in dem Raum R (Abb. 17) mit Schwierigkeiten verbunden. Ist die Isolation der Schaltdrähte reichlich gewählt worden (Leinenbandbewicklung), so ist es empfehlenswert, die oberen Schaltdrähte in zwei Lagen zu schalten. Es sind zunächst die Drähte 1, 3, 5 usw., also die ungeraden Zahlen, in einer Lage nebeneinander anzuordnen. Die zweite Hälfte der oberen Schaltdrähte wird hierauf in gleicher Weise als zweite Lage fertiggestellt. Die Bergmann-Elektrizitäts-A.-G., Berlin, verfährt in der Herstellung einiger Gleichstromtypen mit der Anordnung der oberen Schaltdrähte entsprechend. Auch die AEG, Berlin, wendet z. B. bei den älteren W.-D.-Typen dieses Verfahren an. Bei normalen Ausführungen bleibt stets zu beachten, daß die Schaltdrähte vom Austritt aus der Spule bis zur Kollektorlamelle den praktisch kürzesten Weg einhalten sollen (Abb. 17). Sind die einzelnen Drähte nach diesem Grundsatz gebogen, so wird man wohl kaum auf Schwierigkeiten in der Unterbringung der gesamten Schaltdrähte stoßen. Sollte der Raum R bei einem Anker besonders reichlich bemessen sein, so entstehen allerdings zwischen den Schaltdrähten der einzelnen Spulen freie Räume. Ganz abgesehen davon, daß diese freien Räume die Betriebstüchtigkeit der Wicklung nicht beeinflussen, können dieselben auch nach Fertigstellung der Schaltung durch Vergrößern der Maße r (Abb. 17) fortgeschafft werden. Ist der Raum R hingegen normal, so dürfen die ersten Schaltdrähte nicht nach Abb. 18 gebogen werden. In dieser Form wird man die gesamten Drähte nicht nebeneinander in dem Raum R anordnen können. Jedenfalls besteht die Gefahr, daß zum Schluß die Unterbringung der letzten Drähte Schwierigkeiten bereitet und eine gleichmäßige Anordnung der Schaltdrähte um den Wickelkopf in Frage gestellt wird. Für die sachgemäße Herstellung der Schaltungen ist weiter von Bedeutung, daß die einzelnen Drähte der oberen Lage von links nach rechts der Reihe nach in den Kollektor eingestemmt werden. Verfährt man in umgekehrter Richtung, so können wiederum Schwierigkeiten in den Platzverhältnissen eintreten.

18

Drehstrommaschinen Die Platzverhältnisse bei Drehstrommotoren liegen im allgemeinen günstiger. Es ist auch hier vor allen Dingen darauf zu achten, daß die Drahtstärke mit und ohne Umspinnung, entsprechend der Ursprungswicklung, gewählt werden muß. Innerhalb der Nuten müssen die Drähte sauber neben- und übereinander gebettet werden, und auch außerhalb der Nuten ist eine schichten-

Abb. 19.

Hilfsmittel für die Ausnutzung des Wickelraumes

weise Anordnung der Drahtwindungen erforderlich. Schon bei den ersten Lagen innerhalb der Nuten müssen die Drähte durch geeignete Holzkeile (Abb. 19 und 20) und Stemmer angedrückt werden. Geschieht dies erst bei den letzten Lagen, so können Beschädigungen der Umspinnung eintreten, ohne daß der gewünschte Zweck erreicht wird. ' - ' ' Vor Beginn der Wickelarbeit empfiehlt es sich, die erforderliche Anzahl Drähte für eine Nute einzupassen, um ein (' Urteil über die bestehenden Platzverhältnisse zu erhalten. Außerhalb der Nuten erhalten die einzelnen Gruppen eine Form, die der Ausbuchtung der Lagerschilde entsprechend sein muß. Abb. 31 zeigt einen vierpoligen Dreh*i stromständer. Die unteren und oberen Gruppen sind nach dem äußeren Durchmesser des Gehäuses zu, stark gekröpft. Um die Werkstoffkosten niedrig zu halten und gleichzeitig eine gute Kühlung der Wicklung zu gewährleisten, können die einzelnen Gruppen nur mit je 2 Bandagen aus Kordel zusammengehalten werden. Es ist bei derartigen AusAbb. 20. führungen selbstverständlich, daß der Abstand der Wick- Hilfsmittel lung von Lagerschild und Gehäuse sorgfältig gewahrt wer- für die Ausnutzung des den muß (Abb. 21). WickelAls Hilfsmittel für die sachgemäße Fertigstellung dieser raumes Wicklungen kann die Vorrichtung Abb. 22 empfohlen werden. Diese besteht aus zwei bearbeiteten Holzklötzen, die dem Durchmesser des Gehäuses und dem Wickelschritt entsprechend geformt sind und mittels einer Schraube zu beiden Seiten des Blechpaketes festgeklemmt werden. Bei der Anfertigung dieser Hilfsmittel ist darauf zu achten, daß an den mit Pfeil bezeichneten Stellen die Formhölzer mit den Nuten ab2*

19

Abb. 21. Dreiphasen-Einschicht-Zweietagenwicklung mit Spulen ungleicher Weite (Dreifachspulen) imTräufelverfahren hergestellt (Werkbild: H.Schümann, Lübeck)

Abb. 22.

20

Hilfsmittel bei der Herstellung von Ständerwicklungen

A u s f ü h r u n g s a r t e n für 2 p o l i g e D r e i p h a s e n w i c k l u n g e n Gegenüberstellung verschiedener Wicklungsarten 2 poliger Ausführung zum Zwecke bestmöglichster Raumausnutzung.

( ) 7 O , O 3 C ) , ( ) 5 C) 6 C) 7 O , ( ) , ( ) „ ( ) „ ( ) ;

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Abb. 23. Einschicht-Wicklung in 3-Etagen-Anordnung

insgesamt 3 Spulen

21

Q O ,

Abb. 25. Einschichtwicklung mit Spulen gleicher Weite

Abb. 27. Zweischichtenwicklung mit Spulen ungleicher Weite Überlappter Einbau der Anfangsspulen

22

Abb. 28. Zweischichtenwicklung mit Spulen ungleicher Weite Überlappter Einbau der Anfangsspulen

23

I. Etage

IE. Etage O C)

CD CD CD CD O O X

Abb. 30. Zweischichtenwicklung in 3-Etagen-Anordnung aus Mehrfachspulen ungleicher Weite (günstigste Raumausnutzung)

24

schneiden. E s wird hierdurch erreicht, daß die vorstehende Nutenisolation beim Anziehen des Wickeldrahtes nicht einreißt. Weiter ist darauf zu achten, daß die untere Wölbung dieser Hölzer etwas tiefer liegt als der Nutengrund, damit ein Abstand zwischen den unteren und oberen Gruppen gewahrt bleibt. Die Formhölzer können nach kleiner Abänderung auch bei der Herstellung der oberen Gruppen benutzt werden.

Abb. 31. 4 polige Einschicht-Durchzugswicklung ( W e r k b i l d : H. Schümann, Lübeck)

In allen Fällen muß darauf geachtet werden, daß für die Drahtwindungen der praktisch mögliche kürzeste Weg gewählt wird. Große Bogen müssen tunlichst vermieden und jede Windung muß möglichst fest angezogen werden. Da die Form der Gruppen bei den verschiedenen Erzeugnissen der baulichen Ausführung des Gehäuses und der Lagerschilde jeweils angepaßt werden muß, so wickle man stets erst eine Gruppe fertig und prüfe hierauf durch Anpassen der Lagerschilde den Abstand zwischen Wicklung und

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Eisen. Vorzugsweise bei den Motoren von 0,5 bis etwa 50 PS ist diese Probe erforderlich. Bei größeren Maschinen liegen die Platzverhältnisse im allgemeinen günstiger. Während für die ersteren heute fast ausschließlich die halbgeschlossene Nutenart angewandt wird und die einzelnen Drähte von oben durch den Nutenschlitz in die Nute eingelegt werden, besitzen die zuletzt genannten

A b b . 33.

D r e h s t r o m s t ä n d e r f ü r einen 240 P S - M o t o r 5000 Volt D r e h z a h l =

250

nahezu geschlossene Nuten. Die Windungen werden durch geschlossene Isolationsröhren einzeln durchgezogen, wie dies in Abb. 33 zu ersehen ist. Es handelt sich hier um einen Drehstromständer für einen 240-PS-Motor, 5000 Volt, 250 Umdrehungen, der Sachsenwerke Niedersedlitz. Diese Wicklungsart unterscheidet sich von den bisher abgebildeten dadurch, daß die einzelnen Gruppen zur Hälfte als obere und zur Hälfte als untere Gruppen nacheinander eingewickelt werden. Es ist selbstverständlich, daß auch die Anordnung der einzelnen Gruppen entsprechend der Dar-

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Stellung in Abb. 35 gewählt werden kann, ohne die Wirkungsweise der Wicklung zu ändern. Die Wicklungsart Abb. 33 gewährleistet vorzügliche Kühlung, weil die Luft alle Wicklungselemente gleichmäßig bestreicht.

A b b . 34.

Drehstromständer eines 10000 Volt-Motors der Firma Sachsenwerke

Der rechte Teil jeder Gruppe wird ohne Formholz gewickelt, für den linken Teil ist jedoch ein Hilfsmittel eingebaut. Bei Hochspannungsmaschinen werden die einzelnen Drahtlagen innerhalb der Nuten durch Preßspanstreifen voneinander isoliert. Auch außerhalb der Nuten pflegt man in gleichem Sinne zu verfahren. Die Drahtbündel einer Nute werden außerdem mit Ölleinen und Leinenband be-

28

wickelt, wie auch aus Abb. 34 zu ersehen ist. Die Abbildung zeigt den Ständer eines 10000-Volt-Motors der Sachsen werke. Bei Motoren solch bedeutender Abmessungen sind die Ständer geteilt.

Abb. 35. Neuwicklung eines Drehstrommotors SSW, 250 kW, 146 n, 2000 Volt (Werkbild: Hermann Wunderlich, Weidenau)

Die Schlußgruppen werden erst nach beendetem Aufbau und nach Einbauen des Läufers eingewickelt. Die AEG. bereitet diese Schlußgruppen vielfach derart vor, daß dieselben als halbe Gruppe in die Nuten gesteckt werden.

29

Abb. 36.

A b s t a n d s t ü c k e aus H a r t h o l z

Die einzelnen Windungen werden auf der einen Seite des Ständers durch Profilmuffen verbunden, verlötet und voneinander mit Ölleinen isoliert.

A b b . 37.

S t ä n d e r eines T u r b o - G e n e r a t o r s , 2polig, Drehzahl 3000

Eine recht sauber ausgeführte Drehstromwicklung zeigt die Abb. 32. Der Ständer gehört zu einem Drehstrommotor der Firma Brown, Boveri & Co., Mannheim. Die oberen Spulengruppen sind derart geformt, daß die Drahtbündel beim Austritt aus den Nuten

Abb. 38. Neuwicklung des Ständers eines Drehstrom-Turbogenerators 2200 kVA 10000 Volt, 1500 n (Werkbild: J. Siebmanns, Dresden)

mit kurzem Knick parallel mit der Rundung des Ständers laufen. Der zwischen jedem Drahtbündel vorhandene Luftraum bezweckt gute Isolation und Kühlung. Die Schaltverbindungen zwischen den einzelnen Gruppen müssen der Betriebsspannung entsprechend isoliert und möglichst mit Abstand von der Wicklung und dem Gehäuse angeordnet werden.

Um die ganze Schaltung festliegend anzuordnen, sind die in Abb. 36 abgebildeten zweiteiligen Holzklammern zu empfehlen. Dieselben werden nach Aufnahme der Schaltdrähte durch eine Kordelbandage zusammengehalten und erfüllen ihren Zweck in durchaus geeigneter Weise. Bei Maschinen mit hohen Umlaufzahlen ist besonderer Wert auf eine dauerhafte Befestigung der einzelnen Gruppen zu legen. Die durch Bolzen und Laschen bewirkten Versteifungen haben den Zweck, die von den einzelnen Leitern aufeinander ausgeübten mechanischen Kräfte, deren Größe von dem Maschinenstrom usw. abhängt, auszugleichen. Abb. 37 zeigt einen Turboständer der Firma Poege, Chemnitz. Die einzelnen Gruppen haben eine besonders große Ausladung, weil die Maschine zweipolig (3000 n/min. bei 50 Hz.) ausgeführt ist. Da die vom Strom durchflossene Wicklung das Bestreben hat, ihre Flächen zu vergrößern, so können bei einem etwaigen Kurzschluß im Netz Auf bauchungen der außerhalb der Nuten liegenden Wicklungselemente entstehen, die durch die erwähnten Versteifungen begrenzt werden. Die Drahtbündel der einzelnen Nuten sind auch hier wieder durch Einfügen von Abstandsstücken voneinander getrennt, um Kühlung und Isolation zu verbessern. Aus den vorstehenden Ausführungen ist ersichtlich, daß der Erbauer mit großer Sorgfalt auf die Form, Ausführungsart und Befestigung der einzelnen Gruppen usw. achtet. Bei einer Instandsetzung muß in Erkenntnis der angestrebten Vorteile unter allen Umständen vermieden werden, daß etwa durch oberflächliche Arbeit die baulichen Vorzüge zerstört werden. Es kommt nicht allein darauf an, daß die richtige Windungszahl und der richtige Drahtquerschnitt usw. gewählt wird. Auch die scheinbar unwesentlichen Kleinigkeiten müssen als wichtige Bedingungen und Vorzüge erkannt und beibehalten werden. Da aus Raummangel auf eine Besprechung sämtlicher Fabrikate nicht eingegangen werden kann, so sei dem mit der Neuwicklung oder Instandsetzung beauftragten Fachmann für alle Fälle empfohlen, stets die Eigenart der Ursprungswicklung vor dem Abbau eingehend zu untersuchen. Niemals sollte man ein Wicklungselement entfernen, ohne die Form und die Ausführungsart vorher geprüft zu haben.

32

II. T e i l

Hilfswerkzeuge und die Anwendung derselben in der Ankerwickelei A. Bandagieren Die technisch richtige Befestigung der Läuferwicklung kann für den betriebssicheren Lauf einer Maschine von ausschlaggebender Bedeutung sein. Soweit Bandagen aus verzinntem Stahldraht usw. hierfür in Frage kommen, ist zu beachten, daß der Durchmesser des Stahldrahtes, die Festigkeit des Materials, die Breite und Anzahl der Bandagen von der Größe der Zentrifugalkraft abhängt, die bei dem umlaufenden Ankerkörper an dem Umfang desselben auftritt. Im allgemeinen ist die Anzahl dieser Bandagen durch die bauliche Ausführung des Ankers gegeben. Auch die Breite derselben, die notwendige Drahtstärke sowie die Festigkeit des Materials können bei normalen Maschinen ohne sonderliche Schwierigkeiten an Hand der Ursprungsausführung leicht festgestellt werden. Fehlen die Angaben vollständig, so ist in Zweifelsfällen stets zu empfehlen, die Stärke des Drahtes besser zu stark als evtl. zu schwach zu wählen. Selbstverständlich soll der Außendurchmesser der Bandagen nicht größer als der Ankerdurchmesser sein. Allerdings tritt bei glatten Gleichstromankern eine Ausnahme ein. Hier bietet aber der lichte Durchmesser des Magnetgestelles im allgemeinen einen Anhaltspunkt über die höchstzulässige Drahtstärke der Bandagen. Es ist darauf zu achten, daß stets der notwendige Luftabstand zwischen Anker und Magnetgestell gewahrt bleibt. In besonders schwierigen Fällen kann man mäßige Aussparungen an den Magnetkernen in der Breite der Bandagen vornehmen. Eine allgemeine Vergrößerung des Luftabstandes zwischen Anker und Polschuhen dadurch, daß die Polbohrung durch Ausdrehen vergrößert wird, ist nicht zu empfehlen, weil das Magnetfeld hierdurch geschwächt wird. Der Anker würde eine höhere Umdrehungszahl machen, und die Streuung würde größer werden. Für Bandagen verwende man nur verzinnte Stahldrähte, die ausdrücklich als Bandagendrähte von leistungsfähigen Firmen angeboten werden. Diese Drähte besitzen die geforderten Eigenschaften (Festigkeit usw.). Bei Ankern mit hohen Umdrehungszahlen (Turbogeneratoren usw.) wird die Wicklung in den Nuten durch Keile festgehalten. Außerhalb der 3 R a s k o p . Katechismus, 13. Aufl.

33

34

Nuten werden die Wickelköpfe durch Buchsen aus Spezialbronze, evtl. außerdem durch doppelte Stahlbandagen zusammengehalten. Abb. 39 zeigt eine Vorrichtung, die erfolgreich beim Aufziehen der Bandagen zum Einsatz gelangen kann. Mit Hilfe von Spannbändern werden die Wickelköpfe zusammengeschnürt, bevor mit der Bandagierarbeit begonnen wird. Die als Isolation zwischen Bandage und Wicklung zur Verwendung kommenden Preßspanstreifen müssen an den Ansatzstellen so abgeschrägt (verjüngt) werden, daß die Überlappung die Stärke der Isolation nicht überschreitet (Abb. 40). Es ist empfehlenswert, an diesen Stellen ein Stück Glimmer unterzulegen. Die Preßspanstreifen werden nach dieser Vorbereitung um die Wicklung gelegt, mit einem Kupferdraht oder Bindfaden befestigt und parallel zu dem Ankerkörper ausgerichtet. Um ein richtiges Auflaufen des Bandagendrahtes zu erreichen, können mit einem Spitzzirkel parallele Linien auf den Preßspanstreifen angerissen werden. Der gleichmäßige Abstand der Bandage von der Außenkante des Preßspanstreifens und somit die parallele Anordnung der Bandage zum Ankerkörper wird durch diese Maßnahme erleichtert. Geschieht das Bandagieren auf der Drehbank, so kann die parallele Anordnung der Preßspanstreifen durch beschleunigte Umdrehung des Ankers nachgesehen und evtl. verbessert werden. Bei dieser Gelegenheit können auch die einzelnen Ankerspulen, falls erforderlich, nachgerichtet werden. Im allgemeinen wird man jedoch den Anker in Böcke etwa nach Abb. 41 lagern und auf der Achse ein Drehkreuz oder einen Hebel aufschrauben. Die parallele Anordnung der Preßspanstreifen muß in diesem Falle gewöhnlich durch Abmessen der einzelnen Zwischenräume von der Stirnfläche des Ankers aus erreicht werden. Zur Kontrolle genügen gewöhnlich einige beschleunigte Umdrehungen des Ankers. Der Bandagendraht soll stets auf einer geeigneten Haspel befestigt werden. Das Ablassen der einzelnen Drahtwindung von Hand bringt den großen Nachteil mit sich, daß sich die Drahtlagen sehr leicht ineinander verschlingen. Der ordnungsmäßige Verlauf des Arbeitsvorganges wird hierdurch gestört und viel nutzlose Zeit verschwendet. Das Anspannen des Bandagendrahtes wird in geeigneter Weise wie folgt erreicht. Ein starker Strick wird am Boden befestigt und mehrmals um den auflaufenden Bandagendraht geschlungen. Die Spannung des Drahtes kann auf diese Weise wie erforderlich reguliert werden. Bevor man den Bandagendraht auf den Preßspanstreifen auflaufen läßt, legt man zunächst etwa 2 Windungen direkt über die Wicklung, um diese möglichst fest zusammenzuziehen. Gibt die Wicklung hierbei noch wesentlich nach, so wird man den Preßspanstreifen erneut befestigen müssen. Hierauf wird der Draht auf den Preßspanstreifen geleitet. 3*

35

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Bei der zweiten Drahtwindung sorgt man durch sorgfältiges Klopfen mit einem Holzhammer dafür, daß die Wicklung sich nachsetzt. Unterläßt man diese Maßnahme, so kann es vorkommen, daß die ersten Drahtwindungen während des weiteren Verlaufes der Arbeit sich merklich lockern. Das Ablöten der Bandage geschieht stets an der Ausgangsstelle. Die vor Beginn der Bandagierarbeit unterlegten Streifen aus Messing- oder Kupferblech sind auf dem Umfang der Wicklung gleichmäßig verteilt. Nach Fertigstellung einer Bandage werden die Streifen abgeschnitten, umgeklappt und verlötet. Vor Beginn der gänzlichen Verlötung der einzelnen Drahtlagen ist es empfehlenswert, jede Bandage erst an etwa 4—6 Stellen behelfsmäßig mit Lötzinn zu heften. Größere Anker von etwa 200-PS-Leistung ab wird man bei einer Instandsetzung im Gehäuse liegen lassen und nur den oberen Gehäuseteil entfernen. Dies wird in den meisten Fällen schon deshalb zweckmäßig sein, weil die Ankerwelle vielfach mit der angetriebenen Maschine durch eine Kupplung verbunden oder aber mit einer schweren Schwungscheibe befestigt ist. Das Bewegen des Ankers beim Bandagieren kann durch Friktionsantrieb nach Abb. 42 oder, falls ein Kran vorhanden, nach Abb. 43 geschehen.

Abb. 43.

38

Bandagieren eines großen Drehstromläufers

Nach Abb. 42 würde man einen mit Holzscheibe ausgerüsteten Elektromotor an die Schwungscheibe oder Kupplung der Maschine setzen und das Anlassen des Motors mittels Kontroller bewerkstelligen. Nach Abb. 43 verfährt man in der Weise, daß ein kräftiges Seil mehrere Male um die Kupplung oder Schwungscheibe gelegt und der Anfang hieran befestigt wird. Das Ende des Seiles wird mit dem Kranhaken befestigt und durch Betätigung des Hubmotors dann die gewünschte Bewegung des Arbeitsstückes ausgeführt. Rotorbandagen aus Glasfaserband* Anstelle der bisher bei umlaufenden Wicklungsträgern angewandten Stahldrahtbandagen werden seit einigen Jahren in den USA solche aus vorimprägniertem Glasfaserband mit Erfolg angewandt (Abb. 44). Als Bandagenwerkstoff wird ein Glasfaserband verwendet, welches aus längsgerichteten, verdrillten Glasfasern in Verbindung mit lösemittelfreiem Polyesterharz hergestellt wird. Der mechanische Zusammenhalt der Glasfasern erfolgt somit durch das Bindemittel „Polyesterharz". Der Harzgehalt der Glasfaserbänder, die in verschiedenen Breiten und Typen zur Verfügung stehen, liegt bei etwa 25—30%. Diese Glasfaserbänder werden — je nach Type — im Kalt- oder Warmverfahren auf den Wickelköpfen der Rotoren unter entsprechender Zugbeanspruchung angeordnet und erhalten durch die anschließende thermische Behandlung (Aushärtung des Polyesterharzes) ausgezeichnete Eigenschaften und Gütewerte, die denjenigen der bisher üblichen Stahldrahtbandagen zumindest gleichwertig, in verschiedener Hinsicht sogar erheblich überlegen sind. Das ausgehärtete Glasfaserband hat eine thermische Beständigkeit, die der VDE-Vorschrift 0 530/3. 59, Wärmeklasse — F — (155° C) entspricht. Die Wicklungstemperaturen in den Nuten können höher sein,

Abb. 44.

Qleichstromanker beiderseitig mit Qlasfaserband bandagiert

*) Micafil-A.G. Zürich.

so daß die Glasfaserbandagen auch in der Wärmeklasse — H — (180° C) verwendet werden können. Der Stahldraht ist ein magnetischer Werkstoff. Unter dem Einfluß des magnetischen Kraftflusses können unerwünschte, hohe Erwärmungen in den Stahldrahtbandagen entstehen, die zur Auflösung der Lötung und zur Totalzerstörung der Wicklungen führen können.

1 3

2

4

Abb. 45. Bandagieren mit Endflansch. 1 Wickelkopf; 2 Endflansch; 3 Glasbandage; 4 Haltevorrichtung für Endflansch

3 Abb. 46.

40

3 Fixierende Bandage über den Enden der Haltebänder

Das Glasfaserband ist ein nichtmagnetischer Werkstoff und beseitigt diese Gefahr. Die ausgehärteten Glasfaserbandbandagen sind tropenfest. Dieselben können außerdem ohne Zwischenlagen — direkt auf den Wickelköpfen — angeordnet werden. Die bisher üblichen Zwischenlagen aus Preßspan, Mikamaterial u. a. fallen fort. Die Glasfaserbandagen benötigen nicht mehr Raum als Stahldrahtbandagen einschließlich Zwischenlagen. Bei Eintritt von Wicklungsschäden (thermische Zerstörung etwa durch Windungs- oder Lagenschluß) bleibt — bis auf die Schadensstelle— die volle Haftung zwischen Bandage und Wickelkopf bestehen. Das Glasfaserband erfordert keine ebene Auflagefläche. Es schmiegt sich Unebenheiten an und geht eine homogene Verbindung mit der Wicklungsoberfläche ein. Der Kostenaufwand für die Herstellung der Glasfaserbandagen ist etwa um 1 / 3 geringer als diejenigen bei Stahldrahtbandagen. Berechnungsverfahren für die Umrechnung vorgefundener Stahldrahtbandagen in Glasfaserbandagen sind ausgearbeitet worden. Aus Nomogrammen können die Werte für die erforderlichen Windungszahlen der Glasfaserbandagen entnommen werden 1 ). l

3

Abb. 47. Bandagieren mit Metallringhälften. 1 zweiteiliger Metallring; 2 Klebeband zur Fixierung der zwei Metallringhälften; 3 Glasfaserbandagen l ) Fachliteratur: Mica-Nachrichten, MNM 5 7 / 7 d , Juli 1963. Fachzeitschrift „ E M A " Die elektrische Maschine, Jahrgang 1963, H e f t Nr. 9.

41

Das bezieht sich auch auf den Neuentwurf von Rotoren. Tabellen über die Zerreißfestigkeit je Wdg/kg bei bestimmten Bandbreiten, und zwar im Anlieferungszustand und nach der Aushärtung der Glasfaser werden in der Regel von den Herstellern der Glasfaserbänder zur Verfügung gestellt. Die imprägnierten Glasfaserbänder werden u. a. auch bei Zweischichten-Ständerwicklungen für die Verfestigung der Wickelköpfe angewandt (Abb. 48). Die dynamische Auswuchtung umlaufender Wicklungskörper mit Glasfaserbandagen ermöglicht die Anordnung der Ausgleichgewichte unmittelbar an den Glasfaserbandagen. Als Ausgleichgewichte wird eine knetbare Kunststoffmasse, bestehend aus Eisenpulver und

Abb. 48. Zweischichten-Ständerwicklung mit vorimprägniertem Glasfaserband umbandelt

schnellhärtendem Epoxydharz, verwendet. Bekanntlich hegen die Wuchtfehler bei umlaufenden Wicklungskörpern vorwiegend außerhalb der Blechpakete, nämlich in den beiden Wickelköpfen. 42

Die Auswuchtmasse wird abgewogen und auf die Wickelköpfe geklebt. Im Ablauf des thermischen Härteverfahrens wird die aufgetragene Wuchtmasse mit den Wickelköpfen haftfest verbunden. Diese Wuchtmethode bietet zweifellos den großen Vorteil, daß die Ausgleichgewichte an den Stellen angeordnet werden können, wo die Wuchtfehler liegen.

B. Die wirtschaftliche Herstellung von Lötverbindungen Die sachgemäße Betrachtung des Lötvorganges zeigt, daß die zur Verlötung zusammengebrachten Metallteile bis zur Schmelztemperatur des Zinnes erhitzt werden müssen, und zwar dadurch, daß die von dem Lötkolben entwickelte Hitze durch Berührung auf die Metallteile übertragen wird. Diese notwendige Erhitzung der Metallteile wird um so schneller erreicht, je größer die Auflagefläche des Lötkolbens auf das Arbeitsstück und je inniger die Verbindung der zu verlötenden Metallteile unter sich ist. Da in der Ankerwickelei mit der Reihenherstellung einer großen Anzahl Lötstellen gerechnet werden muß und kontaktsichere Lötstellen hier von ganz außerordentlicher Wichtigkeit sind, so erscheint es angebracht, einige praktische Winke für die wirtschaftliche Herstellung der Lötverbindungen an dieser Stelle anzuführen. Um zwei Metallteile so miteinander durch Verlötung zu verbinden, daß die Berührungsstellen eine Kontaktsicherheit gewährleisten, die der in den Leitern fließenden Stromstärke entspricht, ist es Grundbedingung, daß die Metallteile frei von Niederschlägen sind. Die Anlageflächen müssen also nicht allein frei von Zunder und Schmutz, sondern auch praktisch frei von Niederschlägen sein, die sich während der Lagerung des Metalles an dessen Außenflächen bilden. Um dieser Bedingung zu entsprechen, müssen die Metallteile, bevor dieselben zur Verlötung zusammengebracht werden, blankgescheuert oder besser mit einem Zinnüberzug versehen werden. Die Schaltenden einer Gleichstromankerwicklung sowohl als auch die Schlitze der Kollektorlamellen, werden daher zweckmäßig in einem Zinnbad verzinnt. Um Zeit- und Materialersparnis zu erzielen, nimmt man gerne von dieser Maßnahme Abstand. Berücksichtigt man jedoch, daß die Herstellung der Lötverbindungen zwischen verzinnten Metallteilen bedeutend schneller und vor allen Dingen kontaktsicherer vor sich geht, so treten die eben erwähnten scheinbaren Vorteile nach sachlicher Erwägung in den Hintergrund. Das für Gleichstromanker Erwähnte gilt natürlich auch für Drehstromstabläufer, kurzum für alle Lötstellen, die an den Wicklungen elektrischer Maschinen usw. hergestellt werden müssen. Die verzinnten Metallteile müssen zwecks Verlötung möglichst fest untereinander verbunden sein, damit die von dem Lötkolben entströmende Hitze gut fortgeleitet wird.

43

Um eine möglichst große Auflagefläche des Kupferkolbens zu erhalten, ist dem letzteren eine geeignete Form zugeben. Abb. 50 a u . b zeigt eine ungeeignete Kolbenform und eine unsachgemäße Befestigung der Schaltdrähte mit der Kollektorlamelle.

Die geringe Auflagefläche des Kolbens und die lockere Lage der Schaltdrähte stellen die wirtschaftliche Herstellung kontaktsicherer Lötstellen in Frage. Die Kolbenhitze wird nicht in geeigneter Weise auf die zu verlötenden Metallteile übertragen, auch wird die Hitze zwischen den Metallteilen wegen der lockeren Lage der Drähte nicht gut weitergeleitet. Die auf diese Art hergestellten Lötverbindungen haben den Nachteil, daß die Herstellung derselben bedeutend mehr Zeit in Anspruch nimmt als notwendig und daß die KontaktAbb. 51. sicherheit in Frage gestellt ist. Abb. 50 b u. d zeigt die zweckLötverbindung mäßige Anordnung der Schaltdrähte in der Kollektor- an einem Drehlamelle und die richtige Kolbenform. Ähnlich liegen die stromläufer mit Stabwicklung Verhältnisse bei der Abb. 50 c und d. Es handelt sich hier um Lötverbindungen an einem Kollektor mit Fahnen. Bei Drehstromstabläufern ist darauf zu achten, daß die Zwischenlage zwischen dem oberen und unteren Stab in der Hülse eingefügt wird (Abb. 51).

45

Die Zwischenlage stellt die metallische Verbindung zwischen den Stäben und der Hülse her und beschleunigt somit die Übertragung der Kolbenhitze auf die einzelnen Metallteile. Während die Lötverbindungen nach Abb. 50a in senkrechter Stellung der Lamelle hergestellt werden, wird man diejenigen nach Abb. 50 c und d in waagerechter Lage der Lamelle herstellen.

C. Die Entfernung des vorstehenden Glimmers zwischen den Lamellen eines Kollektors Nach längerer Betriebszeit einer Gleichstrommaschine kann man häufig die Wahrnehmung machen, daß die Glimmersegmente über der Lauffläche

Abb. 52. Kollektorsäge (Werkbild: Bosch, Stuttgart)

hervorragen. Diese Erscheinung hat ihre Ursache in der ungleichen Härte des Glimmermaterials gegenüber der des Lamellenkupfers. Das Kupfer wird schneller abgeschliffen als der Glimmer, so daß durch die vorstehenden Glimmersegmente die Kontaktverhältnisse zwischen den Bürsten und den Kollektorlamellen unsicher werden. Es tritt dann starke Funkenbildung am Kollektor auf, durch die das Kupfer sehr schnell angegriffen wird.

46

.1

Der Kollektor muß in solchen Fällen abgedreht werden, und der Glimmer wird nunmehr einige Millimeter mit Hilfe einer geeigneten Vorrichtung ausgekratzt. Die Abbildung 53 zeigt ein Werkzeug, mit dessen Hilfe den Erfordernissen entsprochen werden kann. Bei Anfertigung dieses Werkzeuges ist darauf zu achten, daß die Breite der Säge der Stärke der Glimmerlamellen entspricht und der Rücken nach oben zu schmaler wird. 47

Die Bergmann-Elektr.-Werke A.-G., Berlin, benutzen zu diesem Zweck eine elektrisch betriebene Fräsvorrichtung, die in Abb. 54 dargestellt ist. Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem gegossenen Metallrahmen und zwei Handgriffen. In dem U-förmigen Ausschnitt ist ein Schlitzfräser gelagert, der durch einen kleinen Elektromotor mittels Gelenkwelle angetrieben wird. Der durch Schrauben verstellbare Sockel des Metallrahmens kann dem jeweiligen Kollektordurchmesser angepaßt werden. Ein konisch gehaltenes Backenstück an dem Sockel des Rahmens sorgt für die Führung des Fräsers.

D. Die Herstellung der Nuten-Isolation Bei dem Aufbau der Wicklungsisolation steht die Nutenauskleidung im Vordergrunde. Unter Bezugnahme auf die VDE-Werkstoffklassen 0530 / 7. 55 Tafel 31) verlangt man im neuzeitlichen Elektromaschinenbau von den in Betracht kommenden Isolierstoffen etwa folgende Eigenschaften: 1. Schmiegsamkeit, Knickfestigkeit, Reißfestigkeit, Druckfestigkeit. 2. Feuchtigkeitsbeständigkeit gemäß Wasserlagerung VDE, 0360. 3. Hoher Wärme-Durchgangswiderstand gemäß VDE, 0360. 4. Hohe elektrische Durchschlagsfestigkeit. 5. Möglichst gute Wärmedurchlässigkeit und Wärmeleitfähigkeit. 6. Beständigkeit gegen tropische und subtropische Einflüsse (Infektionen durch Spaltpilze, Mikroben und gegen Termitenfraß). 7. Möglichst dünnwandige Schichtisolation bei ausreichenden dielektrischen Eigenschaften. 8. Kriechstromfestigkeit. Maßgebend für die jeweils in Betracht kommenden Wandstärken ist die Betriebsspannung, die Frequenz, die Kurzschlußbeanspruchung der Wicklungen (mechanische Drucke infolge des Auftretens hoher Ströme und Belastungsschwankungen usw.) und bei umlaufenden Wicklungen (Anker-/Läuferwicklungen) die Größe der jeweils auftretenden Fliehkräfte. In jedem Falle ist die mehrschichtige Nutenisolation vorzuziehen. Die Isolierstoffhersteller bieten für den Aufbau der Nutenisolationen etwa folgende Isolierstoffe an: a) Preßspan, Edelpreßspan, imprägnierten Preßspan, imprägnierte Papiere, b) imprägnierte Textilgewebe (Ölleinen, Ölseide, Perlongewebe) für die Werkstoffklassen Y, A, E. Regeln für elektrische Maschinen V D E , REM, 0 5 3 0 / 7 . 56, Tafel 3. S 21. Klassen Y, A, E, B, F. H, C.

48

c) Glasgewebe, Asbestgewebe, Glimmer (Mikafolien und Samikafolien) für Werkstoffklassen B, F ,

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144

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Abb. 130. SpannungsPrüfeinrichtung für Prüfungennach REM/VDE 0530/7. 55

r •

• T,

T)

Bei Maschinen und Transformatoren Nach VDE-REM 0530/7. 55 Tafel 9 bei Nennleistungen unter 1 k W oder kVA oder bei Nennspannungen unter 25 Volt = 2 U + 500 Volt bei Nennleistungen 1 k W oder 1 kVA und darüber und Spannungen 25 — 2000 Volt = 2 U + 1000, mindestens 1500 Volt desgl. bei Nennspannungen über 2000 — 6000 Volt = 2,5 U desgl. bei Nennspannungen über 6000—16000Volt = 2 U + 3 0 0 0 V o l t desgl. bei Nennspannungen über 16500 Volt = nach besonderen Vereinbarungen. Die bei der vorgeschriebenen Prüfung etwa auftretenden Fehler und deren Beseitigung in den elektrisch beanspruchten Teilen der Maschinen sind in Band I, das Elektromaschinenbauer-Handwerk 1 ) usw. ausführlich behandelt. Die Durchschlagsproben sind möglichst im warmen Zustand der Maschine vorzunehmen, wobei die Spannung allmählich gesteigert wird.

Isolationsprüfung Um die vorerwähnten Durchschlagsproben in geeigneter Weise durchführen zu können, verwendet man einen Transformator für höhere Spannungen, an dessen Sekundärklemmen unter Zwischenschaltung eines Spannungstransformators ein Voltmeter angeschlossen ist. Um die benötigten Prüfspannungen nach Bedarf einstellen zu können, wird dieser Transformator von einem Reguliertransformator gespeist. Abb. 101 zeigt einen derartigen Transformator. Die Prüfspannung kann also von 0 bis zu dem gewünschten Betrage gesteigert werden. Dieses hat den großen Vorteil, daß etwa plötzliches Ein- und Ausschalten der vollen Prüfspannung geH b sunde Wicklungen unter Umj^^^Hff^BM^flLlI: ständen durchschlagen werden. J ^ ^ B K j g t i M l ^ H j j ^ l I H k.plU Die von dem HochspanJffNjUBB&i^^^KI^^^^E^ nungstransformator erzeugte j B * \l'K J i m 'M , Spannung wird mit einem Pol ^ w R J ^ V an die zu prüfende Wicklung J ^ ^ H l j und mit dem anderen Pol an fl^^^Bnjj^^^^fl das Ankereisen bzw. MaschinenHl gesteh gelegt, wofür besonders gut isolierte Leitungen benutzt Abb.131. Prüfen von Ständerwicklungen ( werden müssen. Die Maschine ' ') Technischer Verlag H. Cram, Berlin 30. 10

R a s t o p , Katechismus, 13. Aufl.

145

ist von der Erde isoliert aufgestellt. Solange der Transformator unter Spannung steht, ist unter allen Umständen eine Berührung der Leitungen zu unterlassen. Empfehlenswert ist, die Leitungen mittels Riemen an der Ankerwelle und Kollektor usw. festzuschnallen. Es sei an dieser Stelle noch erwähnt, daß bei einem Durchschlag der Prüftransformator überlastet werden kann. Aus diesem Grunde ist auf der Schalttafel ein automatischer Schalter vorgesehen, der den Transformator in solchen Fällen selbsttätig abschaltet.

Abb. 132. A n k e r - P r ü f g e r ä t „ P r ü f r e x "

Die Bedeutung des Leistungsfaktors und Wirkungsgrades für den Instandsetzungsfachmann Die Gütewerte Leistungsfaktor und Wirkungsgrad haben für den Elektromaschinenbauer-Instandsetzungsfachmann eine große Bedeutung. Die Erhaltung der genormten Mindestwerte gelegentlich der Instandsetzung und Neuwicklung von Drehstrommotoren ist eine der wichtigsten Aufgaben, die dem Instandsetzungsfachmann im Rahmen seiner beruflichen Tätigkeit zufallen. Aus diesem Grunde ist die Kenntnis dieser genormten Mindestwerte eine unerläßliche Voraussetzung für die Erfüllung der gestellten Aufgaben. In den nachstehenden Tabellen sind die in Betracht kommenden Werte für Leistungsfaktor und Wirkungsgrad angeschrieben. Bei näherer Durchsicht dieser Tabellen ist zunächst ersichtlich, daß der Leistungsfaktor bei den Käfigläufermotoren geringer und mittlerer Nennleistung höher ist als bei Schleifringläufermotoren. Desgleichen liegen die Werte für den Leistungsfaktor bei zweipoligen Motoren (3000 n) generell höher, als bei den übrigen Polzahlen (Drehzahlen). Die günstigsten Relativwerte für den Wirkungsgrad weisen die vierpoligen Motoren auf. Die Elektrizitätswerke halten ihre Stromabnehmer durch die Einführung des Blindstromtarifes an, auf einen guten Leistungsfaktor zu achten. Unterschreitet der Konsument den vorgeschriebenen Mindestwert des Leistungsfaktors, dann muß er bekanntlich außer dem Wirkstromverbrauch auch den Blindstromverbrauch bezahlen. Bei be-

146

sonders ungünstigem Netzleistungsfaktor kann das E W die weitere Stromlieferung von einer fristgemäßen Beseitigung des bemängelten Zustandes abhängig machen. Hinsichtlich des Wirkungsgrades setzen die Elektrizitätswerke in der Regel stillschweigend voraus, daß die angeschlossenen Motoren den genormten Mindestwert aufweisen. Einige E W lassen nur solche Motoren zum Anschluß zu, die auf ihrem eigenem Prüfstand untersucht und in allen Teilen „anschlußreif" befunden worden sind. Volks- und betriebswirtschaftlich gesehen, spielen Wirkungsgrad und Leistungsfaktor eine beachtenswerte Rolle. Beide stehen im unmittelbaren Zusammenhang mit dem Kohlenverbrauch, mit der bestmöglichen Ausnutzung der vorhandenen Stromübertragungsanlagen, mit der Betriebssicherheit der gesamten Stromversorgung und mit der Inganghaltung der Wirtschaft.

Tabelle über

Normwerte

für Wirkungsgrad und Leistungsfaktor offener Drehstrom-SchleifringläuferMotoren, 3000—500 n, 50 Hertz

Leistung kW 1,1 1,5 2,2 3 5,5 7,5 11 15 22 30 40 50 64 80 100 125 160 200 250

PS

Wirkungsgrad in %

Leistungsfaktor

für Drehzahl = n

für Drehzahl = n

3 0 0 0 1500 1000

750

600

500

75,5 73,5 1,5 2 79,5 77,5 75,5 3 80,5 80,5 79,5 77,5 4 7,5 10 15 20 30 40 55 68 87 110 136 170 217 271 339

81,5 82 83 84 85 87,5 88,5 89 89,5 90 90 90,5 91 91,5 92 92,5

82 84,5 85 85,5 87,5 88 89 89,5 90 90,5 90,5 91 91,5 92 92,5 93

81 83 84 86 86,5 87,5 88,5 89 90 90,5 90,5 91 91,5 92 92,5 93

2

4

6

79 81 83,5 84,5 86 87 88 89 89,5 90 90,5 91 91 91,5 92 92,5 8 1

3 0 0 0 1500 1000 | 7 5 0

600

500

0,86

0,80 0,82

0,71 0,74 0,76

0,83 0,84 0,85 0,86 0,87 0,88 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,91 0,91 0,91 0,91

0,78 0,82 0,83 0,84 0,85 0,86 0,86 0,88 0,88 0,89 0,89 0,89 0,90 0,90 0,90 0,90

0,75 0,81 0,81 0,82 0,84 0,85 0,87 0,87 0,87 0,88 0,88 0,88 0,89 0,89 0,89 0,89

0,79 0,79 0,80 0,81 0,82 0,83 0,84 0,85 0,86 0,86 0,86 0,87 0,87 0,88 0,88

0,77 0,78 0,79 0,81 0,82 0,83 0,84 0,85 0,85 0,86 0,86 0,86 0,87

4

6

8

10

12

83,5 84,5 85,5 86,5 87,5 88,5 89 89,5 90 90,5 91 91,5 92 92,5

83,5 85 86 87 88 88,5 89 90 90,5 91 91,5 92 92,5

0,86 0,87 0,87 0,88 0,89 0,90 0,90 0,90 0,91 0,91 0,91 0,91 0,92 0,92 0,92 0,92

10

12

2

|

0,66 0,69 0,72

Polzahl 10»

147

Bei der Instandsetzung und Neuwicklung von elektrischen Maschinen ist daher mit größter Sorgfalt darauf zu achten, daß die vom Hersteller garantierten, genormten Mindestwerte (siehe Tabellen) nicht nachteilig geändert werden. Durch eine Vergrößerung des Luftspaltes zwischen Ständer und Läufer, durch Auffeilen der Nutenschlitze im Ständer oder Läuferblechpaket, dgl. auch durch eine Änderung der Ursprungswickeldaten, der Wicklungsart und vielfach auch der Schaltung wird bekanntlich der Leistungsfaktor verschlechtert. Die Erhaltung des Mindestwirkungsgrades setzt in erster Linie voraus, daß die Ursprungswickeldaten und die vom Hersteller gewählte Wicklungsart in keiner Weise geändert werden. Schon eine geringe Herabsetzung des ursprünglichen Leiterquerschnittes der Ständerwicklung hat eine Herabsetzung des Wirkungsgrades und des Leistungswertes zur Folge. Andererseits kann aber auch der Instandsetzungsfachmann zur Verbesserung des Leistungsfaktors und Wirkungsgrades und damit zur KohlenTabelle über Normwerte f ü r Wirkungsgrad und Leistungsfaktor normaler Drehstrom-Käfigläufermotoren offener Bauart, 3000—500 n, 50 Hertz Wirkungsgrad in % Leistung kW

PS

Leistungsfaktor

für Drehzahl = n 3000 1500 1000 750

600 500 3000 1500 1000 750

64,5 0,27 70 0,2 68,5 0,45 73,5 0,33 71,5 0,7 76 0,5 75 1,1 78,5 0,8 1,5 80 1,1 77 81,5 2 1,5 78,5 2,2 80,5 83 3 81,5 84 4 3 82,5 4 5,5 84,5 83,5 7,5 85,5 5,5 86 86 84 84 10 7,5 86,5 15 11 85 86,5 85 86,5 20 15 85,5 86,5 86 87,5 88 30 22 86,5 87,5 87 88,5 89 40 30 87,5 88,5 88 55 40 88,5 89 89,5 89 89 68 50 89,5 89 90 89,5 90 87 64 89,5 90,5 90,5 90 90 110 80 90,5 90,5 90,5 90 90 136 100 91 90,5 91 90,5 91 72,5 74,5 76,5 79,5 81,5 82,5 83,5 84,5 85,5 86,5 87 87,5 87,5

69,5 72,5 75 77,5 79,5 81 82,5 83,5 84,5 85,5

für Drehzahl =

600

500

0,80 0,73 0,69 0,60

0,82 0,76 0,71 0,84 0,79 0,73 0,86 0,80 0,75 0,87 0,82 0,77 0,88 0,83 0,78 0,89 0,85 0,80 0,89 0,86 0,81 0,89 0,87 0,82 0,89 0,87 0,84 0,89 0,87 0,84 0,89 0,87 0,85 84 0,89 0,87 0,85 85 86 0,90 0,88 0,86 0,90 0,89 0,87 87 88 0,90 0,90 0,88 88,5 0,91 0,90 0,88 0,91 0,90 0,89: 89 0,91 0,90 0,89 90 90,5 0,91 0,90 0,89

¡ 2 | 4 | 6 | 8 | l 0 | l 2 | 2 | 4 | 6 | Polzahl

148

n

0,64 0,67 0,70 0,72 0,74 0,76 0,78

0,80

0,82 0,83 0,84 0,84 0,85 0,87 0,87

0,81 0,82 0,82 0,82 0,83 0,84 0,88 0,85

0,79 0,79 0,79

0,80

0,81 0,82 0,88 0,86 0,83 0,88 0,86 0,85 0,88 0,86 0,85 10

12

ersparnis sowie zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit elektromotorischer Antriebe beitragen. Die Mindest-Normwerte für Leistungsfaktor und Wirkungsgrad werden in der Regel nur bei Nennbelastung des betreffenden Motors erreicht. Die Werte fallen, sofern die Leistungsabgabe unter den Nennwert sinkt. Wird ein Drehstrommotor an seinem Betriebsort nur V2—% seines Nennleistungswertes belastet, dann kann man bei gegebenen Voraussetzungen einen in Dreieck geschalteten Motor in Stern schalten und hierdurch den Leistungsfaktor und Wirkungsgrad verbessern. In vielen Fällen ist es zweckmäßig und möglich, den vorhandenen Motor gegen einen mit geringerer Schildleistung auszutauschen. Der Leistungsfaktor eines Drehstrommotors läßt sich bekanntlich auch durch Anbau eines Kondensators verbessern. Von dieser Möglichkeit wird vielfach Gebrauch gemacht, wenn der Leistungsfaktor des Motors an sich schon unter 0,8 liegt oder der Motor über eine größere Zeitspanne je Schicht nennenswert unterbelastet arbeitet. Schließlich bietet sich in manchen Fällen die Möglichkeit, bei gegebenen Voraussetzungen die Wickeldaten zu ändern und den Motor, bezogen auf seinen Verwendungszweck, so umzuwickeln, daß die höchst erzielbaren Werte des Leistungsfaktors und Wirkungsgrades erreicht werden. Dem verantwortlichen Betriebsführer einer Instandsetzungswerkstatt fällt die dankbare und wichtige Aufgabe zu, die Lehrlinge und Gesellen über die große Bedeutung des Leistungsfaktors und Wirkungsgrades aufzuklären und streng darauf zu achten, daß gelegentlich einer Instandsetzung oder Neuwicklung die ursprünglichen Gütewerte nicht aus Unkenntnis oder Fahrlässigkeit herabgesetzt werden. Darüber hinaus ist die Verbesserung des Leistungsfaktors und Wirkungsgrades ein Gebiet des selbständigen Elektromaschinenbaumeisters, dessen Bearbeitung nicht nur technisch interessant, sondern auch wirtschaftlich gesehen für Auftraggeber und Auftragnehmer reiche Früchte trägt.

Der Magnetisierungs-, Leerlauf- und Kurzschlußstrom bei Drehstrommotoren Der Leerlaufstrom bei Drehstrommotoren setzt sich im wesentlichen aus dem Magnetisierungsstrom u n d aus den Lager-Reibungsverlusten zusammen. Bei gut eingelaufenen Lagern sind die Lager-Reibungsverluste relativ gering. Der wesentliche F a k t o r ist also der Magnetisierungsstrom. Die Größe des Magnetisierungsstromes ergibt sich für einen gegebenen Fall im wesentlichen aus: a) der effektiven Leiterzahl in der Ständerwicklung, b) aus der Größe des einseitigen Luftspaltes zwischen Ständer und Läufer, 149

c) aus der gestreckten Drahtlänge einer Wicklungsphase im Ständer. Die übrigen Einflüsse sollen hier nicht erwähnt werden. Wird gelegentlich einer Instandsetzung oder Neuwicklung einer der unter Absatz a bis c genannten Faktoren geändert, dann tritt auch eine Veränderung des Magnetisierungsstromes und somit auch des Leerlaufstromes in Erscheinung. Der Leerlaufstrom wird entgegen des Ursprungswertes geringer, wenn: a) die Leiterzahl im Ständer gegenüber der ursprünglichen erhöht, oder b) die gestreckte Länge einer Wicklungsphase entgegen der ursprünglichen erhöht wird. Der Leerlaufstrom wird höher, wenn: a) die ursprüngliche Leiterzahl, b) die ursprüngliche gestreckte Drahtlänge einer Wicklungsphase herabgesetzt, oder c) der einseitige Luftspalt zwischen Ständer und Läufer vergrößert wird. Derartige Fälle kommen in der Instandsetzungspraxis leider häufig vor. Wird der ursprüngliche Leerlaufstrom erhöht oder herabgesetzt, dann ändert sich auch der Kurzschlußstrom entsprechend. Der Kurzschlußstrom ist bekanntlich der Stromwert, der bei festgehaltenem Läufer und geschlossenem Läuferstromkreis in der Ständerwicklung fließt, wenn der Ständerwicklung die schildmäßige Netzspannung und Netzfrequenz zugeführt wird. Leerlauf- und Kurzschlußstrom sind zwei wichtige Merkmale für Drehstrommotoren. Diese beiden Größen verleihen dem Motor die sogenannte Leistungscharakteristik (Drehmoment, Kippmoment, Leistungsfaktor, Wirkungsgrad, Nennleistung usw.). Wird gelegentlich einer Instandsetzung oder Neuwicklung der ursprüngliche, vom Hersteller festgelegte Leerlaufstrom geändert, dann ändert sich auch folgerichtig die gesamte Leistungscharakteristik des Motors. Da nun der Hersteller neuzeitlicher Drehstrommotoren die von ihm entwickelten und auf den Markt gebrachten Typen so auslegt, daß aus dem jeweiligen Modell die bestmöglichen Leistungswerte erzielt werden, so wirkt sich eine Veränderung des Leerlauf- und Kurzschlußstromes im Regelfalle auf die Leistungscharakteristik des Motors aus. Es wird nun öfter der spezifische Wert eines Drehstrommotors mit der Größe des Leerlaufstromes in Verbindung gebracht und angenommen, daß ein möglichst geringer Leerlaufstrom vorteilhaft sei. Diese Ansicht ist nicht vertretbar. Bezogen auf den jeweils vorliegenden Mo150

torentyp muß der Leerlaufstrom einen bestimmten Wert aufweisen, wenn die schildmäßigen bzw. listenmäßigen Leistungs- und Gütewerte erreicht werden sollen. Betrachtet man die Leerlaufströme der Drehstrommotoren aus den Baujahren etwa 1920 bis 1948, dann findet man, daß bei gleicher Bauart, Drehzahl und Schildleistung der Wert des Leerlaufstromes bei den neuesten Typen wesentlich höher liegt als bei den Motoren älterer Baujahre. Die neuzeitlichen Motoren weisen vielfach Leerlaufströme auf, die etwa bis 70% des schildmäßigen Nennstromes betragen. Bei den älteren Ausführungen betragen die Leerlaufströme etwa 25 bis 40% des schildmäßigen Nennstromes. Die Unterschiede sind also recht erheblich. Sie sind das Ergebnis des entwicklungsmäßigen Fortschrittes im Elektromaschinenbau und stehen im wesentlichen mit der höheren Ausnutzung des aktiven Eisens (Blechpakete), d. h. mit der höheren magnetischen Sättigung (Kraftliniendichte) des aktiven Eisens im ursächlichen Zusammenhang. Das Verhältnis: Gewichtseinheit/Leistungseinheit ist bei den neuzeitlichen Drehstrommotoren günstiger geworden, d. h. mit dem gleichen Aufwand an aktiven Baustoffen werden höhere Leistungswerte erzielt. Die neuzeitlichen Drehstrommotoren sind gewichtsmäßig leichter und in den Ausmaßen geringer als diejenigen älterer Baujahre. Tabelle über Nennströme, Leerlauf- und Kurzschlußströme bei neuzeitlichen Drehstrommotoren Leistung Drehzahl in kW bei 50 Hertz

„

0,22 1,00 4,4

3000

0,4 1.6 3 8 15

1500

0,6 1,1 4,4 7,5

1000

0,6 1,5 6,5

750

>>

ff

„

„

»

-

Schildm. Nennstrom

Leerlaufstrom

Kurzschlußstrom

Leerlaufstrom

bei 380 Volt

— l —

— ik

in °/o etwa

0,30 0,9 3,1

4,5 11 47,4

1,1 3,6 6,3 16,1 30

0,75 1,95 2,45 6,6 10

4,6 16,3 31,7 92,5 167

1,45 2,9 8,8 15,5

1,17 1,9 4,75 6,4

6,6 12,3 42,5 70

73 65 64 41

1,58 3,9 12,2

1,1 2,4 6,7

6,3 16 60

70 63 55

0,63 2,2 8,9

48 41 35 68 56 39 41 33V,

151

Trotzdem entsprechen die neuzeitlichen Drehstrommotoren den Regeln für Bewertung und Prüfung elektrischer Maschinen (REM-VDE) und den Normwerten. Sie sind also keineswegs minderwertige Erzeugnisse, wie vereinzelt angenommen oder behauptet wird. Die Stromwerte beziehen sich auf 380 Volt Netzspannung. Die Daten der Tabelle beziehen sich auf normale Drehstrommotoren für Dauerleistung (DB) in spritzwassergeschützter bzw. oberflächengekühlter Ausführung. Aus der Tabelle ist ersichtlich, daß die Werte der Leerlaufströme bis etwa 70% des schildmäßigen Nennstromes betragen können und daß die relativen Werte bei den Motoren geringer Leistung höher liegen als bei den größeren Leistungseinheiten. Mit Hilfe des Leerlauf- und Kurzschlußstromes kann man bekanntlich das Heylanddiagramm aufzeichnen und hieran deutlich erkennen, daß die Leistungscharakteristik des Motors sich um so wesentlicher ändert, je mehr der Leerlauf- und Kurzschlußstrom von den Optimalwerten (Tabellenwerten) abweicht. Wird beispielsweise der Leerlauf- und Kurzschlußstrom gelegentlich einer Instandsetzung oder Neuwicklung etwa a) durch eine Erhöhung der Leiterzahl im Ständer oder b) durch Anwendung eines geringeren Leiterquerschnittes oder c) durch Änderung der Wicklungsart (Erhöhung der gestreckten Länge einer Wicklungsphase) herabgesetzt, dann fällt auch u. a. das Dreh- und Kippmoment des Motors. Ist der Motor beispielsweise für Schweranlauf (Kompressor, Pumpe usw.) bestimmt, dann besteht die Möglichkeit, daß derselbe nicht mehr bei betriebsmäßiger Nennlast anläuft. Es muß daher gelegentlich einer Instandsetzung oder Neuwicklung darauf geachtet werden, daß der ursprüngliche, vom Hersteller festgelegte Leerlauf- und Kurzschlußstrom unverändert beibehalten wird. Ausnahmen sind in gegebenen Fällen natürlich möglich und zulässig. Aber es muß in jedem Einzelfalle die Auswirkung sorgfältig erwogen und geprüft werden, ob der Motor noch den betrieblichen Anforderungen entspricht. Zusammenfassung: Die Magnetisierungs-, Leerlauf- und Kurzschlußströme der Drehstrommotoren stehen im ursächlichen Zusammenhang mit der Leistungscharakteristik des jeweils vorliegenden Typs. Durch eine Erhöhung oder Herabsetzung dieser Ursprungswerte ändert sich auch die gesamte Leistungscharakteristik des Motors, und zwar im Regelfalle im nachteiligen Sinne. 152

Die Ursprungswerte ändern sich, wenn gelegentlich einer Instandsetzung oder Neuwicklung die Ursprungswickeldaten, die Wicklungsart, der Wickelschritt oder der Luftspalt zwischen Ständer und Läufer geändert wird. Der relative Wert des Ursprungs-Leerlaufstromes ist allein kein Maßstab für die Güte des Motors. Die Annahme, daß ein Motor mit relativ hohem Ursprungs-Leerlaufstrom minderwertig und eine Herabsetzung desselben gelegentlich einer Neuwicklung zweckdienlich bzw. vorteilhaft sei, entbehrt der sachlichen Grundlage. Bei der Instandsetzung und Neuwicklung von Drehstrommotoren sollen die Ursprungswerte des Leerlauf- und Kurzschlußstromes grundsätzlich beibehalten werden. Ausnahmen sind zulässig z. B. dann, wenn ein Motor älteren Baujahres durch Umwicklung für eine höhere als die listenmäßige Nennleistung zum Einsatz gebracht werden soll und die Voraussetzungen hierfür in allen Teilen gegeben sind.

Bestimmung des praktischen Wirkungsgrades1) Unter dem Wirkungsgrad bei einer elektrischen Maschine versteht man das Verhältnis von Abgabe zur Aufnahme, ausgedrückt in Prozenten. Ein Teil der zugeführten Energie geht durch Ummagnetisierung des Ankereisens, durch Luftwiderstand, Lagerreibung, Bürstenreibung, Bürstenwiderstand, Wirbelströme usw. verloren, und die Größe dieser Gesamtverluste kennzeichnet den Wirkungsgrad der Maschine. Für den Verbraucher ist es von großer Wichtigkeit, in seinem Betriebe nur Maschinen aufzustellen, die einen bestimmten Grenzwert des Wirkungsgrades nicht unterschreiten. Die Kenntnis des Wirkungsgrades einer elektrischen Maschine ist deswegen von Interesse, da während der Kriegszeit Maschinen hergestellt sind, die nicht alle den erforderlichen Wirkungsgrad besitzen. Dies trifft insbesondere bei Maschinen zu, die ursprünglich mit Aluminium- oder Zinkwicklung ausgerüstet waren und später mit Kupferwicklung versehen wurden, um hierdurch eine höhere Leistung zu erzielen. Vielfach sind diese Umwicklungen nicht auf Grund einwandfreier Berechnungen, sondern ganz nach dem praktischen Gefühl ausgeführt worden, so daß mit einem günstigen Wirkungsgrad natürlich nicht gerechnet werden kann. In Anbetracht dieser Verhältnisse erscheint es zweckmäßig, eine kurze Anleitung über die Bestimmung des praktischen Wirkungsgrades an dieser Stelle folgen zu lassen, da es öfters Aufgabe des Instandsetzungswerkes sein wird, diese Werte zu ermitteln. x

) Siehe auch Raskop: „Berechnungsbuch des Ankerwicklers". Seite 111.

153

Gleichstrommaschinen Um den Wirkungsgrad einer Gleichstrommaschine festzustellen, müssen die gesamten Verluste ermittelt werden, die bei Arbeitsleistung der Maschine in den Wicklungen, an den Lagerstellen, im Eisen, durch den Luftwiderstand, den Bürsten widerstand und die Bürstenreibung auftreten. Bei der praktischen Ermittelung des Wirkungsgrades ist es natürlich nicht erforderlich, die einzelnen Verluste durch langwierige, umständliche Meßmethoden festzustellen, es genügt vielmehr, die Summe dieser Verluste durch folgende einfache Messungen zu ermitteln. Die Maschine, sei es ein Dynamo oder Elektromotor, wird als Motor an die Betriebsspannung angeschlossen und hierauf ohne Riemen (Leerlauf) in Betrieb gesetzt. Unbedingte Voraussetzung ist hierbei, daß die Bürstenstellung richtig und der Zustand der Wicklungen in jeder Beziehung einwandfrei ist. In den Ankerstromkreis wird ein Präzisionsamperemeter mit möglichst genauem Meßbereich eingeschaltet und der aufgenommene Strom nach längerer Betriebszeit abgelesen. Wenn man nun diesen ermittelten Strom mit der Betriebsspannung multipliziert, so erhält man ziemlich genau den Wert sämtlicher magnetischen und Reibungsverluste. Es müssen nun noch die Verluste in den Wicklungen rechnerisch ermittelt werden, nachdem die Ohmschen Widerstände in jeder Wicklung mittels Meßbrücke festgestellt und die in den Wicklungen auftretenden Vollastströme gemessen sind. In der Nebenschluß wicklung sowohl als auch in der Anker-, Compound-x) und Wendepolwicklung wird ein Amperemeter eingeschaltet und die Größe der in diesen Wicklungen fließenden Ströme an den Instrumenten bei voller Belastung der Maschine abgelesen. Die Messung der Ströme in der Ankerwicklung, Compound- und Wendepolwicklung erübrigt sich, wenn der richtige Nennstrom der Maschine auf dem Leistungsschild vermerkt ist. Von diesem ist bei einem Motor der Nebenschlußstrom der immer erst gemessen werden muß, abzuziehen, und das so erhaltene Ergebnis ist in die Rechnung einzustellen. Die Verluste In der Nebenschlußwicklung ergeben sich, wenn man den gemessenen Nebenschlußstrom mit der Spannung multipliziert. Sind z. B. bei 440 Volt Betriebsspannung 2 Ampere gemessen, so beträgt der Wattverlust in der Nebenschlußwicklung 2 • 440 = 880 Watt. Die Verluste in der Anker-, Compound- und Wendepolwicklung ergeben sich aus dem Produkt von Vollaststrom • Vollaststrom • Ohmscher Widerstand. Diese Rechnung ist getrennt für jede Wicklung besonders durchzuführen, was voraussetzt, daß auch die Ohmschen Widerstände der Wicklungen einzeln gemessen sind. x

) Doppelschluß-Wicklung.

154

Die Ohmschen Widerstände werden bei warmen Zustand der Wicklungen gemessen. Während die Widerstände der Compound- und Wendepolwicklungen ohne weiteres durch Anlegen der Meßbrücke an Anfang und Ende jeder Wicklung ermittelt werden können, kommt es bei Bestimmung des Widerstandes in der Ankerwicklung darauf an, daß die Meßdrähte mit den richtigen Lamellen in Verbindung gebracht werden.

Die Messung des Ankerwiderstandes Um den richtigen Ankerwiderstand an einem Gleichstromanker messen zu können, muß man den sog. Meßschritt (Abb. 133), d. h. diejenigen Lamellen ermitteln, an welchen die Meßdrähte angelegt werden müssen. Diese beiden Lamellen liegen entsprechend der Wicklungsart des Ankers verschieden und

Parallelwicklung Bei Kollektoren mit ungerader Lamellenzahl Ttrf) i Lamellenzahl 4 - 1 Meßschritt 2 Beispiel: Der Kollektor hat 43 Lamellen, dann ist der Meßschritt: 43 + 1 : 2. = 22. Die Meßdrähte würden also an Lamelle 1 und an Lamelle 23 zu legen sein. Bei Kollektoren mit gerader Lamellenzahl . . Lamellenzahl n Meßschritt = 2 Beispiel: Der Kollektor hat 42 Lamellen, dann ist der Meßschritt: 4 2 : 2 = 21. Die Meßdrähte würden also an Lamelle 1 und Lamelle 22 zu legen sein.

155

A b b . 134. E i n k n o p f - M e ß b r ü c k e ( W e r k b i l d : S S W , Erlangen)

Reihen- und Reihenparallelwicklung Bei Kollektoren mit ungerader Lamellenzahl und ungeradem Kollektorschritt „ _ , . Lamellenzahl — Kollektorschritt Meßschritt = u

Beispiel: Der Kollektor hat 123 Lamellen, der Kollektorschritt ist 61, dann ist der Meßschritt 123 — 61 2 ' Die Meßdrähte würden also an Lamelle 1 und 32 zu legen sein. Bei Kollektoren mit gerader Lamellenzahl und ungeradem Kollektorschritt „ „ , . Lamellenzahl Meßschritt = Li Bei gerader Lamellenzahl und geradem Kollektorschritt ,, _ , . Lamellenzahl Meßschritt = u

Bei ungerader Lamellenzahl und geradem Kollektorschritt „ „ , . Kollektorschritt Meßschritt -

156

Der auf diese Weise mit der Meßbrücke gemessene Widerstand ist durch die halbe Anzahl der parallel geschalteten Stromkreise in der Ankerwicklung zu teilen. Bei Reihenwicklung ist diese Zahl immer 1. Auch bei einer 2poligen Parallelwicklung bleibt die Zahl 1 bestehen. Bei einer 4poligen Parallelwicklung ist diese Zahl 2 usw. Es mögen nun nach diesen Ausführungen einige praktische Beispiele folgen. Eine Dynamo mit einer Leistung von 40 kW bei einer Spannung von 220 Volt und 1000 Umdrehungen zeigt bei voller Belastung = 182 Ampere einen Nebenschlußstrom von 3 Ampere. Die Maschine wird als Motor an die Stromquelle geschaltet und in den Ankerstromkreis ein Amperemeter mit kleinem Meßbereich eingeschaltet. An dem Amperemeter wird nach etwa 2 Stunden Betriebszeit ein LeerlaufAnkerstrom von 8 Ampere abgelesen. Der gemessene Ankerwiderstand beträgt bei warmer Wicklung 0,025 Ohm. Es ergeben sich folgende Verluste: Ankerwicklung: Magnetwicklung: Leerlaufverluste:

182 • 182 • 0,025 = 828 Watt 3-220 = 660 „ 8 - 220 = 1760 „ 3248 W a t t .

Der Wirkungsgrad dieser Maschine ist: 40000 Watt geteilt durch 4 0 0 0 0 + 3248 (berechnete Verluste): 40000 4 0 0 0 0 + 3248

40000 43248

Ein Nebenschlußmotor von 50-PS-Leistung bei 110 Volt, 364 Ampere, 1000 Umdrehungen hat einen gemessenen Magnetstrom von 3,8 Ampere. Der Leerlaufstrom beträgt 15 Ampere und der gemessene Ankerwiderstand 0,0056 Ohm. Es treten danach folgende Verluste auf: Ankerwicklung: 364 • 364 • 0,0056 Magnetwicklung: 110* 3,8 15 • 110 Leerlauf:

= 742 Watt = 418 „ = 1650 „ 2810 Watt.

Bei 50-PS-Leistung beträgt der Wirkungsgrad P S • 736 +

PS • 736 Summe der Verluste 157

demnach: .

5 0 - 736

5 0 - 7 3 6 + 2810

=

36800 39610

no QQo/

/o'

Hat eine Maschine Compound- und Wendepolwirkung, so sind die in diesen Wicklungen auftretenden Verluste zu den Gesamtverlusten noch zu addieren.

Drehstrommotoren. Für die Bestimmung des Wirkungsgrades an einem Drehstrommotor kann man sich folgender Rechnungsart bedienen: w , ^• * Wirkungsgrad ist =

736 - P S

— Vollaststrom • Spannung • y 3 • cos cp.

Beispiel: Ein 40-PS-Drehstrommotor, 380 Volt, 58 Ampere, 1450 Umdrehungen hat einen cos cp = 0,88, dann ist der Wirkungsgrad: 736 - 40 58 • 380 • ]/3 • 0,88

7 3 6 - 40 29440 _ = — o7,5 /0. 33553 58 • 380 • 1,73 - 0,88

Bei dieser Rechnungsart ist allerdings Voraussetzung, daß die Angabe des cos (p und der Vollaststrom bei der Leistung tatsächlich stimmt. Im allgemeinen kann man dies bei bewährten Fabrikaten mit UrsprungsLeistungsschild annehmen. Sind diese Zahlen ursprünglich nicht einwandfrei ermittelt, so geschieht die Berechnung natürlich unter falschen Voraussetzungen, so daß das Ergebnis keinen Anspruch auf Richtigkeit hat. Sollten berechtigte Anzeichen für die Unrichtigkeit der Angaben auf dem Leistungsschild vorhanden sein, so ist die Bestimmung des Wirkungsgrades nach folgenden Verfahren empfehlenswert: Zunächst werden die folgenden Größen gemessen: 1. Leerlaufstrom (Amperemeter in eine Leitung schalten). 2. Widerstand einer Ständerphase (mit Meßbrücke messen). 3. Vollaststrom aus Tabelle Nr. 2 (siehe Seite 100) entnehmen, besser mit Amperemeter messen. 4. Wattverbrauch Wattmeters messen.

(bei Leerlauf)

je Phase durch Einschalten

eines

5. Wattverbrauch je Phase bei Vollast durch Einschalten eines Wattmeters messen. Die entstehenden Verluste werden nach den vorgenannten Meßergebnissen berechnet, und zwar: Siehe auch R a s k o p : „Berechnungsbuch des Elektromaschinenbauers".

158

1. Der Wattverlust bei Leerlauf ist = Wattaufnahme einer Phase • 3. Sind z. B . in einer Phase 100 Watt gemessen, so ist der Gesamtverlust in den drei Phasen 3 • 100 = 300 Watt. 2. Aufnahme bei Vollast ist = Wattaufnahme in einer Phase • 3. 3. Der zusätzliche Kupferverlust In der Ständerwicklung ist = (Vollaststrom • Vollaststrom weniger Leerlaufstrom • Leerlaufstrom) • dem Ohmschen Widerstand je Phase • 3. 4. Die Kupferverluste Im Läufer sind gleichbedeutend dem Unterschied zwischen den Umdrehungszahlen bei Leerlauf und bei Vollast (Schlüpfung). Beispiel: Ein 2,5-PS-Drehstrommotor mit Kurzschlußanker 220 Volt, n = 1500, hat einen Leerlaufstrom von 2,56 Ampere und einen Vollaststrom von 7,3 Ampere. Der Widerstand in einer Ständerphase ist 0,70 Ohm. Der Wattverbrauch bei Leerlauf beträgt pro Phase 58 Watt, in den drei Phasen 3 • 58 = 174 Watt. Der Wattverbrauch bei Vollast ist je Phase 800 Watt, in den drei Phasen 3 • 800 Watt = 2400 Watt. Es sind also folgende Werte ermittelt. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Leerlaufstrom = 2,56 Ampere, Vollaststrom = 7,3 Ampere, Widerstand in einer Statorphase = 0,70 Ohm, Wattverbrauch bei Leerlauf in 3 Phasen = 174 Watt, Wattaufnahme bei Vollast in 3 Phasen = 2400 Watt, Umlaufzahl bei Leerlauf = 1500, Umlaufzahl bei Vollast = 1430.

Hiernach treten folgende Verluste auf: 1. Leerlauf ist 174 Watt, ~ , „r /1430 Touren\ , 2. Kupferverluste im Rotor = 2400 Watt • 1 — ^ oder \ 1500 Touren/ 2400 • 0,047 = 113 Watt, 3. zusätzlicher Kupferverlust in der Ständerwicklung (7,3 • 7,3 — 2,56 • 2,56) • 0,70 • 3 = 98 Watt. Der Wirkungsgrad dieses Motors ist dann: 2400 Watt _ 2400 2400 + Gesamtverluste 2400 + 385

»8fi_qfio/ /o ' '

Nach den vorstehenden Werten läßt sich auch der cos

c a> X) s N i

M 1

C 4>

•C 3 C-» z !S o O m c

I 1

1 1 M

E II II c

U Oí >

233

stimmter Polzahl paßt, indessen die Nutenzahl des Läufers nicht für eine Dreiphasenwicklung gleicher Polzahl geeignet ist. Nachdem nun die jeweils vorliegenden Nutenzahlen auf die Ausführbarkeit der geplanten Umwicklung geprüft worden sind, müssen noch eine Anzahl weiterer, wichtiger Fragen geklärt werden. Bei allen Umwicklungen für andere Drehzahlen spielt die Leistung des Motors eine wichtige Rolle. Man ist vielfach der irrigen Auffassung, daß bei Umwicklungen von Drehstrommotoren die Leistung sich im Verhältnis der Drehzahlsteigerung erhöhe bzw. im Verhältnis der Drehzahlminderung abfalle. Zu dieser Annahme wird man verleitet, weil dies bei Gleichstrommotoren im Regelfall zutrifft. Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß der Erbauer eines Drehstrommotors das aktive Eisen (Blechpakete) für eine bestimmte Polzahl auslegt und daß bei dieser ursprünglich vorgesehenen Polzahl das aktive Eisen bestmöglich ausgenutzt wird. Will man die Läuferdrehzahl des Motors erhöhen oder herabsetzen, so muß das aktive Eisen für eine andere als die ursprüngliche Polzahl bewickelt werden. Hieraus ergibt sich zwangsläufig, daß das aktive Eisen schlechter ausgenutzt wird als bei der ursprünglichen Polzahl (Drehzahl).

2r

r

2 3^ 5

®

1 7 8 9101

(x)

516 718

3r

71 Fr 113n¡334353 fr mmm\imnm

® (u)

Abb. 201. Zweiphasen-Zweiebenen-Bruchlochwicklung, 4polig, 36 Nuten

234

2polig 3000 n

4polig 1500 n

6polig 1000 n

8polig 750 n

lOpolig 600 n

Zweckmäßig betrachten wir uns eine Reihe von Ständer- und Läuferblechen, die alle gleichen Außendurchmesser haben, aber für verschiedene Polzahlen genutet sind. Diese Bleche passen alle in ein und dasselbe Gehäuse. Aus Abb. 162 ersieht man zunächst, daß ein Modell für verschiedene Leistungen und Drehzahlen verwendet werden kann. Man kann aber auch auf den ersten Blick feststellen, daß die Blechschnitte grundverschieden untereinander sind.

Der Läuferdurchmesser Die erste wichtige Feststellung, die wir der Abb. 162 entnehmen können, ist die Tatsache, daß der Läuferdurchmesser mit der Polzahl zunimmt.

Ständeijoch Das Maß von Außenkante Ständerblech bis zum Nutengrund (Ständeijoch) nimmt mit steigender Polzahl ab.

Nutenzahl Die Nutenzahlen im Ständer und Läufer werden bei steigender Polzahl höher. Diese Unterschiede, welche die verschiedenen Blechschnitte aufweisen, liegen in den bekannten Konstruktionsregeln begründet. Der Erbauer hat ja die Aufgabe, mit möglichst geringem Aufwand an aktivem Material einen Motor herzustellen, der hinsichtlich Leistung, Wirkungsgrad, Leistungsfaktor und Erwärmung den Normwerten entspricht und bezüglich Preis wettbewerbsfähig ist. Würde der Erbauer beispielsweise den 2 poligen Blechschnitt auch für den 10 poligen Motor verwenden, d. h. das 2 polige aktive Eisen mit einer 10poligen Wicklung ausrüsten, so würde sich folgendes ergeben: 1. Das aktive Eisen würde schlecht ausgenutzt. Mithin hätte der Motor eine geringere Leistung, als wenn der lOpolige Blechschnitt verwendet worden wäre. 2. Der Leisungsfaktor wäre schlechter, weil u. a. der 2 polige Blechschnitt weniger Nuten besitzt als der lOpolige. Aus Abb. 162 ist zu ersehen, daß bei einem 2polig genuteten Blechpaket ein Teil des aktiven Ständereisens völlig unausgenutzt bleibt, wenn dasselbe z. B. mit einer 10 poligen Wicklung ausgerüstet wird. Aus dieser Betrachtung nehmen wir die Erkenntnis, daß bei Umwicklungen von Drehstrommotoren die Leistungsabgabe des Motors sich nicht proportional mit der Läuferdrehzahl ändert.

236

E s trifft also nicht zu, daß beispielsweise ein 3-PS-Drehstrommotor 1500 n (4 polig) durch Umwicklung für 3000 n (2 polig) eine Leistung von 6 P S bzw. die listenmäßige Leistung erhält, vielmehr ist die Leistung bei 3000 n geringer als 6 P S . Betrachten wir nochmals die Abb. 162, so ist es ohne weiteres klar, daß z B . die zu der 4poligen Ausführung gehörenden Ursprungs-Wickeldaten nicht bei Umwicklung des 2 poligen Motors in einem 4 poligen verwendet werden können. Der listenmäßig ausgeführte Motor hat im aktiven Eisen ganz andere Abmessungen als der 2 polige. Deshalb können auch die UrsprungsWickeldaten nicht bei Umwicklungen für andere Drehzahlen (Polzahlen) verwendet werden. Diese Möglichkeit ist erst dann gegeben, wenn die 2poligen Blechpakete gegen 4polige ausgewechselt würden. Dieser Fall kommt praktisch kaum in Frage, da die Kosten in keinem Verhältnis zu dem erzielten Ergebnis stehen würden. In vielen Fällen wird die Leistungsabgabe aber nicht ausschlaggebend sein. Für alle diese Fälle kann eine Umwicklung unter Berücksichtigung aller übrigen Faktoren sehr wohl möglich, zweckmäßig und wirtschaftlich sein. Um sich vor Enttäuschungen, Unannehmlichkeiten und Verlusten zu schützen, ist in jedem einzelnen Falle erst nach sorgfältiger Prüfung aller Einzelheiten und nach erfolgter Durchrechnung der Entschluß zu einer Umwicklung zu fassen. Grundsätzlich wichtig ist die Neuberechnung der Wickeldaten, die an Hand der Maße des aktiven Eisens von Grund auf durchgeführt werden muß.

Drehstrommotoren Ein Drehstrommotor läßt sich mit einem dreiphasigen WechselstromTransformator vergleichen. Die Wicklung des Ständers, die an die Netzspannung angeschlossen wird, ist die Primärwicklung und die Wicklung des Läufers die Sekundärwicklung. Die elektromotorische Kraft in der Läuferwicklung wird durch das wechselnde Magnetfeld des Ständers induziert. Die Ständer- und Läuferwicklungen stehen bezüglich ihrer Windungszahlen, je nach der Spannung des Läufers, in einem Übersetzungsverhältnis zueinander, wie dies auch bei Transformatoren der Fall ist. Die Läuferspannung kann also ganz beliebig gewählt werden, aus praktischen Gründen ist sie jedoch meist geringer als die Ständerspannung. Beide Wicklungen können in Stern- oder in Dreieckschaltung ausgeführt werden. Es ist aber auch möglich, daß eine der Wicklungen in Stern- und die andere in Dreieckschaltung geschaltet ist. Schaltet man eine in Sternschaltung ausgeführte Wicklung im Dreieck, so wird die Gesamtwindungszahl der Wicklung etwa auf den 1,73. Teil herabgesetzt.

237

Da die Windungszahl und Spannung in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen, so ändert sich auch die Spannung im gleichen Verhältnis. Das entgegengesetzte Verhältnis tritt natürlich auch ein, wenn man eine in Dreieck geschaltete Wicklung in Stern schaltet. Beispiel: Die Ständerwicklung eines Drehstrommotors ist im Dreieck für eine Spannung von 220 Volt geschaltet. Wenn man diese Wicklung nun in „Stern" schaltet, so kann man den Motor für eine Spannung verwenden, die 1,73 mal größer ist als 220 Volt. 220-1,37 = 380,6 Volt. Der Motor ist also bei Änderung der Schaltung für eine Betriebsspannung von 380 Volt verwendbar. Hieraus ist ersichtlich, daß sich bei Umschaltung der Ständerwicklung auch das Übersetzungsverhältnis zwischen Läufer- und Ständerwicklung ändert. Da sich jedoch auch die dem Ständer zugeführte Spannung in dem gleichen Maße ändert, so bleiben die Verhältnisse im Läufer nahezu dieselben. Beispiel: 380 Volt X Schaltung Windungszahl Ständer

380

|

220 Volt A Schaltung

Läufer

Spannung Im Läufer (Volt)

95

95

Übersetzungsverhältnis 1 : 4

Windungszahl Ständer |

219 |

Läufer

Spannung im Läufer (Volt)

95

95

Übersetzungsverhältnis 1 : 2 , 3

In dem vorstehenden Beispiel sind die veränderten Verhältnisse, die bei der Umschaltung von Stern- auf Dreieckschaltung und umgekehrt eintreten, in Zahlen ausgedrückt. Die wirklichen Läuferspannungen würden in beiden Fällen etwas niedriger sein, weil die Spannungsverluste usw. in der Läuferwicklung und in der Ständerwicklung nicht berücksichtigt worden sind. In einem Instandsetzungswerk wird man häufiger die Spannung und den Strom im Läufer feststellen müssen, um einen passenden Anlasser anfertigen oder bestellen zu können. Man kann beide Größen durch Einschalten von Volt- und Amperemeter feststellen, jedoch ist dies auch durch einfache Berechnung möglich, wenn man die Windungszahlen der Ständerund Läuferwicklung kennt. 238

Berechnung der Läuferspannung Die Läuferspannung berechnet man in der Praxis nach folgender Formel: Läuferspannung =

Gesamtdrahtzahl im Läufer Qesamtdrahtzahl im Ständer

Beispiel: Ein 25-PS-Motor, 220Volt, n = Nutenzahl im Ständer Drähte pro Nute Gesamtdrahtzahl im Ständer Nutenzahl im Läufer Drähte je Nute Gesamtdrahtzahl im Läufer . Betriebsspannung Vollaststromstärke im Ständer

Ständerspannung.

950, hat = = . . . = = = . . . = = . . . =

folgende Wickeldaten: 90 6 540 108 3 324 220 Volt 48 Ampere

Nach diesen Angaben ist die Läuferspannung: ^ - 220 = 132 Volt. 540 Nimmt man als Spannungsverluste in der Ständer- und Läuferwicklung noch folgende Werte an: Ständerwicklung = 7 Volt Läuferwicklung = 7 " dann ist die praktisch genaue Läuferspannung zwischen zwei Schleifringen 213 132 • ^ — 7 = rund 120 Volt. Der verbesserte Wert weicht also nur unmerklich von dem zuerst gefundenen Wert ab.

Berechnung des Läuferstromes F ü r die Berechnung des Läuferstromes gilt folgende Formel: Läuferstrom =

Gesamtdrahtzahl i. Ständer Gesamtdrahtzahl i. Läufer

.

s t r o m s t ä n d e r

Setzt man die Werte ein, so erhält man den Läuferstrom: 324 • 48 = rund 80 Ampere. 239

Der genaue Wert ist etwas größer als 80 Ampere, weil zur Berechnung dieses Wertes die wirkliche Läuferspannung eingesetzt werden muß. Dann ist der Läuferstrom Läuferstrom = Betriebsspannung Läuferspannung

.

s t r o m

s t ä n d e r >

220 = — • 48 = rund 87 Ampere Lu\J

Auch dieser Wert weicht von dem zuerst gefundenen Wert nur wenig ab. Aus den vorstehenden Ausführungen ist ersichtlich, daß man z. B . die Windungszahl einer Läuferwicklung überschläglich berechnen kann, wenn die Gesamtdrahtzahl im Ständer und die Läuferspannung bekannt sind. Der 25-PS-Motor 220Volt hat eine Gesamtdrahtzahl im Ständer von 540. Die Läuferspannung beträgt ca. 132 Volt. Das Übersetzungsverhältnis ist 220: 132 = 1,67. Soll die Spannung im Läufer 132 Volt betragen, so muß die Gesamtdrahtzahl im Läufer den 1,67. Teil der Gesamtdrahtzahl der Ständerwicklung betragen, also: 540: 1,67 = 323 Drähte. In Wirklichkeit liegen jedoch 324 Drähte im Läufer. Die Berechnung stimmt auch nur annähernd, weil die Spannungsverluste usw. nicht genau ermittelt und eingesetzt sind. Als Ständerspannung sind 220 Volt angenommen worden. Die genauen Werte lassen sich natürlich nur unter Berücksichtigung aller in Frage kommenden Faktoren ermitteln. Es wurde bereits erwähnt, daß man die Spannung und den Strom im Läufer beliebig wählen kann. Bei der Wahl der Läuferwicklung kommt es darauf an, daß die Nuten im Läufer gut ausgenutzt werden. Die Windungszahl soll so gewählt werden, daß die Läuferspannung nicht mehr als 550 Volt beträgt. Aus praktischen Gründen ist die Läuferspannung in der Regel geringer als die Ständerspannung. Es ist demnach gleichgültig, ob man bei einem Drehstrommotor die Läuferwicklung nicht wie bisher in Stern-, sondern in Dreieckschaltung schaltet. Allerdings bleibt hierbei zu berücksichtigen, daß die Bürsten und Verbindungsleitungen für die bei Dreieckschaltung auftretenden höheren Ströme einen ausreichenden Querschnitt haben müssen. Selbstverständlich ändern sich die Läuferdaten entsprechend dem neugeschaffenen Übersetzungsverhältnis zwischen Ständer- und Läuferwicklung, so daß auch evtl. die Widerstandselemente des Anlassers den neuen Läuferdaten angepaßt werden müssen.

240

Parallelschaltung der Drehstrom-Wicklungen Außer Stern- und Dreieckschaltung können auch die Ständer- und Läuferwicklungen eine Parallelschaltung der einzelnen Wicklungselemente erhalten. Diese Parallelschaltung wird stets in Verbindung mit der Stern- oder Dreieckschaltung ausgeführt und ist nur dann anwendbar, wenn die Wicklungselemente (Gruppen) eine ganze Zahl ausmachen. Durch Parallelschaltung werden die gesamten wirksamen Leiter in der Ständer- bzw. Läuferwicklung auf die Hälfte vermindert und folgerichtig auch der Querschnitt der Wicklung auf das Doppelte erhöht. Die Leistung der Wicklung bleibt also dieselbe, während die notwendige Betriebsspannung um die Hälfte geringer wird und der dann auftretende Strom naturgemäß auf das Doppelte steigt. Man kann nach diesen Ausführungen z. B . die Ständerwicklung eines Drehstrommotors 500 Volt Betriebsspannung, für eine Betriebsspannung von 250 Volt schalten, wenn die Zahl der Wicklungselemente gerade ist. Würde man hingegen die Wicklung nur in Dreieckschaltung ausführen, so würde die dann notwendige Betriebsspannung 5 0 0 : 1 , 7 3 = 290 Volt betragen. Es ist also falsch, wenn man an einem Drehstrommotor für 500 Volt Betriebsspannung die Ständerwicklung von Stern in Dreieck schaltet und hierauf denselben an 380 oder 220 Volt Spannung anschließt. In dem ersten Falle wird die Wicklung einen zu hohen Strom aufnehmen und heiß werden, im zweiten Falle ist die Leistung des Motors geringer als die Nennleistung. Ist die Gruppenzahl in der Wicklung gerade, so läßt sich der Motor durch Parallelschaltung der Wicklungselemente für die Hälfte der ursprünglichen Betriebsspannung verwenden. Anderseits erzielt man bei einer Wicklung auch dieselbe Leistung, wenn man anstatt mit zwei Drähten parallel zu wickeln, nur mit einem dieser Drähte wickelt, die doppelte Windungszahl in eine Nute legt und dann die Wicklungselemente parallel schaltet. Beispiel: Der 5-PS-Motor Type D50, n = 1450, 380/220 Volt, der A E G hat im Ständer 36 Nuten. In jeder Nute liegen 56 Drähte von 1,4 mm Durchmesser. Die Wicklung hat sechs Gruppen, je zwei Gruppen sind parallel geschaltet. Am Klemmbrett ist die Wicklung für 380 Volt im Stern, für 220 Volt im Dreieck geschaltet. Die Wicklung behält dieselbe Leistung und auch die übrigen Daten bleiben die gleichen, wenn man mit zwei Drähten von 1,4 mm Durchmesser wickelt und nur 28 Windungen in eine Nute legt. Die Drahtzahl je Nute bleibt auch hierbei 56, während die Zahl der wirksamen Leiter je Nute nur die Hälfte = 28 beträgt. Außer der zweifachen ist auch eine 3, 4, 5 usw. fache Parallelschaltung der Wicklungsgruppen möglich. Beispiel: Die 6polige Dreiphasenwicklung besteht insgesamt aus 9 Spulengruppen: je Phase entfallen 3 Spulengruppen. Die 3 zu einer Phase ge16

R a s k o p , Katechismus, 13. Aufl.

241

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> tt III = 29 99 „ 57 99 Umkehrstab I Stab 170—4, Nute 85 unten Nute 2 unten Umkehrstab I I Stab 10—24, Nute 5 unten Nute 12 unten Umkehrstab I I I Stab 30—44, Nute 15 unten Nute 22 unten Wickelschritt ± 15 Umkehrschritt ± 14 Zur Kontrolle, ob die Tabelle fehlerlos ist, wird der Anfangsstab jeder Phase um die Zahl Wickelschritt + 1 = 15 + 1 = 16 erhöht. Die Zahl ergibt den Endstab einer Wicklungsphase. Phase I Anfangsstab 1 + 16 = Endstab 17 ] „ II „ 21 + 1 6 = „ 37 [ Stern „ III „ 41 + 16 = „ 57

J

Die vorstehende Methode hat anderen gegenüber den Vorzug, daß eine Aufzeichnung des ganzen Schemas nicht erforderlich ist. Außerdem ist die Tabelle leicht auf ihre Richtigkeit zu kontrollieren. Bei einiger Übung können derartige Tabellen in wenigen Minuten aufgestellt werden.

Anormale Dreiphasenwicklung und deren Anwendung beim Umbau von Drehstrommotoren In den Instandsetzungswerken elektrischer Maschinen ist häufig die Aufgabe gestellt, einen vorhandenen Drehstrommotor für eine andere Drehzahl umzuwickeln. Die Durchführung derartiger Arbeiten hängt von verschiedenen Voraussetzungen ab, die auch bezüglich der Nutenzahl gegeben sein müssen. Man findet beispielsweise bei 4 poligen Drehstrommotoren die Nutenzahlen 36 und 48, 48 und 60, 36 und 60 usw. Diese Nutenzahlen lassen sich nicht für normale 6 polige Dreiphasenwicklungen verwenden. Für solche und ähnliche Fälle sind die Voraussetzungen für die Ausführbarkeit anormaler Dreiphasenwicklungen zu prüfen und erst hierauf die Entscheidung zu treffen, ob die geplante Umwicklung durchgeführt werden kann oder nicht.

258

Beispiel: Ein industrielles Unternehmen besitzt einen Drehstrommotor mit folgenden Daten. 100 PS, 975 n, 220 Volt Ständer 54 Nuten, 9 Gruppen, 6polig Läufer 90 Nuten, Stabwicklung, 6 polig. Dieser Motor wird infolge Stillegung eines Betriebes nicht mehr benötigt, hingegen liegt für die Betriebserweiterung eines Tochterbetriebes Bedarf an einem Motor mit folgenden Daten vor: ca. 75 PS, 750 n, 3000 Volt. Es wird Wert darauf gelegt, den vorhandenen 100-PS-Motor umzuwickeln. Wir wollen daher prüfen, ob die Voraussetzungen für die Umwicklung des Motors gegeben sind, es ist ja zu berücksichtigen, daß der Motor für 220 Volt 6 polig gewickelt ist, während der gesuchte Motor für 3000 Volt, 8 polig, gewickelt werden muß. Zunächst stellen wir fest, daß die Spannung 3000 Volt eine stärkere Nutenisolation erfordert und eine bedeutend höhere Leiterzahl der Ständerwicklung als bei 220 Volt. Der Nutenfüllfaktor, das heißt das Verhältnis des Nutenquerschnittes einer Ständernute zum effektiven Kupferquerschnitt, wird bei 3000 Volt ungünstiger als bei 220 Volt. Die erforderliche Wandstärke der Nutenisolation wollen wir nach dem Ausdruck

ermitteln und stellen fest: Bei Verwendung von Mikanitpapier = 1,4 • 1,73 = 2,4 mm. Die Wandstärke von 2,4 mm bietet bei Verwendung von Mikanitpapier (Mikartafolio) eine Gewähr für die Betriebssicherheit der Ständerwicklung. Nach Durchrechnung der Verhältnisse ergibt sich, daß der Motor bei 3000 Volt 750 n die geforderte Leistung abgeben kann. Nun kommt es noch darauf an, ob die praktische Herstellung der 8poligen Ständer- und Läuferwicklung auch möglich ist. Wir beginnen mit der Ständerwicklung. Der Ständer hat 54 Nuten. Die in Frage kommende 8 polige Dreiphasenwicklung besteht aus drei Wicklungssträngen, jeder Strang aus 4 Gruppen = 12 Gruppen total. Diese 12 Gruppen lassen sich aber nicht symmetrisch auf die vorhandenen 54 Nuten verteilen, denn 54 Nuten: 12 Gruppen = 4,5 Nuten ergibt eine gebrochene Zahl und wir stellen fest, daß die Ständerwicklung nicht als normale Gruppenwicklung hergestellt werden kann. 17'

259

Auch bei dem Läufer, der, wie erwähnt, eine Stabwicklung besitzt, liegen die Verhältnisse gleich ungünstig. Der Läufer hat 90 Nuten. Stellen wir eine Probe auf die Ausführbarkeit einer achtpoligen Stabwicklung bei 90 Nuten = 180 Stäben nach Maßgabe Abschnitt „anormale Dreiphasenstabwicklung", Seite 214 an, so finden wir, daß auch die Läuferwicklung nicht als normale Dreiphasen-Stabwicklung ausgeführt werden kann. Es wäre nun zum Nachteil des Instandsetzungswerkes, wenn nach dieser Feststellung die geplante Umwicklung als unausführbar bezeichnet würde. Wir versuchen vielmehr weiter, die uns gestellte Aufgabe zu lösen und begeben uns in das Gebiet der anormalen Dreiphasenwicklungen. Hier finden wir, daß eine 8polige symmetrische Bruchlochwicklung mit 54 Nuten ausführbar ist. Bei dieser Wicklungsart belegen einen Teil der vorhandenen zwölf Gruppen je vier Nuten, der andere Teil je sechs Nuten, und zwar werden

hergestellt.

9 Gruppen zu je 4 Nuten = 36 Nuten 3 Gruppen zu je 6 Nuten = 18 Nuten = 54 Nuten

Die Verteilung und Anordnung der Gruppen ist so zu treffen, daß in jeder Phase eine Gruppe zu 6 Nuten, drei Gruppen zu 4 Nuten in Serie geschaltet werden können. In Schaltbild 169 ist das Schema der Wicklung dargestellt. Die Querstriche an den einzelnen Gruppen bedeuten die Nutenzahlen. Es belegen somit die Gruppen 1, 2, 3, 5, 6, 7, 9, 10 und 11 = je 4 Nuten = 36 Nuten 4, 8 und 12 = je 6 Nuten = 18 Nuten zusammen = 54 Nuten Die Gruppen 2 , 4 , 6 , 8 , 1 0 und 12 bilden die untere, die Gruppen 1,3, 5, 7, 9 und 11 die obere Lage. Geschaltet sind die Gruppen wie folgt: Phase I, Gruppen 2—5— 8—11 ] „ II, „ 3 — 6 — 9—12 i Stern „ III, „ 4—7—10— 1 J Die Summe der in Serie geschalteten Leiter jeder Phase ist in den drei Phasen gleich. Hiermit ist die Aufgabe, soweit die Ständerwicklung in Frage kommt, gelöst.

260

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> 1* 29 „ » t> HI >> 15 », Ende Phase I in Nute 12 oben II „ „ 40 „ „ H I „ „ 26 „ Umkehrstab I von Nute 77— 3 unten II „ „ 21-31 „ III „ „ 7-17 „ Hiermit ist auch eine praktische Lösung für die Läuferwicklung gefunden. Die geplante Umwicklung kann nun an Hand der geschaffenen Unterlagen vorgenommen werden. Beispiel: Ein 10-PS-Drehstrommotor, 1500 n, soll umgewickelt werden für etwa 7 PS, 1000 n. Ständer: 48 Nuten, Läufer: 60 Nuten. Wir untersuchen zunächst die Ausführbarkeit der 6poligen Ständerwicklung und finden sofort, daß eine Verteilung der neun Gruppen auf die vorhandenen 48 Nuten nicht möglich ist (48: 9 = 5,33). Es können aber auch die Ständerwicklungen als Bruchlochwicklungen mit unbewickelten Nuten ausgeführt werden und daher versuchen wir, auf diesem Wege dem Ziel näher zu kommen. Bei drei unbewickelten Nuten ist die Herstellung einer 6 poligen Ständerwicklung möglich. Wir verteilen die drei unbewickelten Nuten symmetrisch auf den Umfang des Ständers und schalten die Nuten 1, 16 und 32 von der Bewicklung aus. Die neun Gruppen werden nunmehr auf die 45 Nuten verteilt. Es entsteht eine Dreiphasenbruchlochwicklung mit drei unbewickelten Nuten. Jede Gruppe belegt 2 1 / 2 Nuten beiderseits = 5 Nuten total. Der Läufer hat eine 4polige Drahtwicklung = 6 Gruppen total. Unter Beibehalt der Drahtzahl je Nute und des Drahtdurchmessers stellen wir eine 6polige Zweiphasen-Bruchlochwicklung mit zwölf Gruppen her. Jede Gruppe belegt 2 1 / 2 Nuten beiderseits = 5 Nuten total. 12 • 5 = 60 Nuten. Bei Herstellung der Ständerwicklung ist darauf zu achten, daß in verschiedenen Nuten Wicklungselemente verschiedener Phasen liegen. Zwischen den Wicklungselementen besteht nahezu die volle Betriebsspannung und deshalb ist Lage gegen Lage durch entsprechende Isolation gegen Durchschlag zu schützen. Auch bei der Läuferwicklung ist hierauf Rücksicht zu nehmen. Obgleich hier die Spannungsdifferenzen nicht so groß sind als in der Ständerwicklung, muß beachtet werden, daß die Läuferwicklung als fliegende Wicklung Formveränderungen durch die Fliehkraft ausgesetzt ist. Die einzelnen Drahtlagen der Läuferwicklung werden beim Umlauf auf Zug beansprucht und hierdurch kann leichter ein Durchschlag entstehen als bei der ruhenden Ständerwicklung. 264

Beispiel: Ein 15-PS-Drehstrommotor soll umgewickelt werden für etwa 7 P S , 750 n. Ständer: 48 Nuten, Läufer: 60 Nuten. Der Läufer besitzt Stabwicklung, die aus bereits angeführten Gründen auch wieder beibehalten werden soll. Die 8polige Ständerwicklung wird mit 12 Gruppen als normale Zweilochwicklung hergestellt ( 4 - 1 2 = 48 Nuten). Wickelschema für Drehstrom-Stabläufer, 60 Nuten, 120 Stäbe, 8polig, 750 n Schleifring I an Stab 1 3 5 16 18 20 31 33 35 46 48 50 61 63 65 76 78 80 91 93 95 106 108 110 I 4 2 109 107 94 92 77 79 64 62 47 49 32 34 17 19 23 • 21 36 38 51 53 66 68 81 83 98 96 111 113 6 8

Stern. 25 40 55 70 85 100 115 10

1 1 24 22 9 7 114 112 99 97 84 82 69 67 54 52 39 37 ->• Stern

265

Schleifring I I I an Stab 41 56 71 86 101 116 11 26

43 58 73 88 103 118 13 28

45 60 75 90 105 120 15 30

I 44 42 29 27 14 12 119 117 104 102 89 87 74 72 59 57 - Stern. die Stäbe 17, 37 und 57 in den Nuten 9, 19 und 29 oben bilden den Sternpunkt. Umkehrverbindungen: Nute 5—12 unten, Nute 15—22 unten, Nute 55—2 unten. Mit diesen wenigen Beispielen sind die Möglichkeiten einer Umwicklung natürlich nicht erschöpft. Die Ausführungen lassen jedoch erkennen, daß die Umwicklungen für andere Drehzahlen auch in den weitaus meisten Fällen dann ausgeführt werden können, wenn nach oberflächlicher Beurteilung die Frage verneint werden muß. Aber nicht allein die Nutenzahl in bezug auf die Ausführbarkeit der Ständer- und Läuferwicklung begrenzen die Möglichkeit einer Umwicklung auf andere Drehzahlen und Spannungen. Handelt es sich um Fälle, wo die Drehzahl des Läufers herabgesetzt, die Polpaarzahl also erhöht werden soll, so kann auch die Anzahl der Nuten in bezug auf den Leistungsfaktor des Motors für die Durchführbarkeit der geplanten Umwicklung ausschlaggebend sein. Sind beispielsweise die Nutenzahlen im Ständer und Läufer für eine 4polige Wicklung entworfen und relativ niedrig gehalten, so kann dieser Motor vielfach nicht acht- oder mehrpolig gewickelt werden, weil infolge der geringen Nutenzahlen der Leistungsfaktor des acht- und mehrpoligen Motors den nach DIN vorgeschriebenen Mindestwert unterschreiten würde. Der Motor wäre also in elektrischer Hinsicht minderwertig. Es geht über den Rahmen des Themas hinaus, die Vorbedingungen bezüglich der Abmessungen des aktiven Eisens (Jochstärke usw.) und der mechanischen Verhältnisse (Lager usw.) zu behandeln. In erster Linie sollte an Beispielen die praktische Ausführung anormaler Dreiphasenwicklungen behandelt

266

werden, und wie gezeigt wurde, bestehen eine große Anzahl Möglichkeiten, vorhandene Maschinen durch Umwicklung für gegebene Verhältnisse herzustellen.

Die Bedeutung der maß- und formgerechten Gestaltung von Mehrfachspulen ungleicher Weiten für Ein- und Zweischichten-Wicklungen Bei der Herstellung von Formspulen-Träufelspulen für Ein- und Mehrphasen-Ständerwicklungen kommt es im wesentlichen darauf an, den einzelnen Wicklungselementen in kurzer Frist eine möglichst maßund formgerechte „einbaufähige" Form zu verleihen. Unter der Bezeichnung ,,einbaufähige" Form soll eine Form verstanden werden, die den Einbau der einzelnen Spulen in das aktive Eisen mit dem geringsten Aufwand an zusätzlicher Verformung — nach der Entnahme aus dem Spulen-Formgerät — ermöglicht. Sofern es sich hierbei um die laufende Herstellung sogenannter typisierter Wicklungen handelt, geschieht die Formgebung in der Regel mit Hilfe von unverstellbaren Metall- oder Hartholzschablonen, die jeweils nur für dieselbe Spulentype zur Anwendung gelangen kann. Für jede andere Spulentype muß eine besondere Schablone zum Einsatz gebracht werden. Schätzt man die Anzahl der in einem neuzeitlichen DrehstromKleinmotorenprogramm (etwa 0,2—25 kW, 2, 4, 6, 8polig) anfallenden Einheiten auf etwa 30 Grundtypen, so sind für die Herstellung der erforderlichen Spulensätze etwa 30 Spulen-Formgeräte (Metall- oder Holzschablonen) erforderlich. Etwaige Sonderausführungen sind hier nicht einbegriffen. Da ein solches Drehstrom-Kleinmotorenprogramm in der Regel die spritzwassergeschützte, oberflächengekühlte und geschlossene Ausführung umfaßt, so ergeben sich insgesamt etwa 100 Leistungseinheiten in Form B 3, bezogen auf die Leistungen 0,2—25 kW 2, 4, 6, 8polig. In den Instandsetzungswerkstätten elektrischer Maschinen liegen die Voraussetzungen für die form- und maßgerechte Herstellung der Träufel-Formspulen erheblich ungünstiger, weil hier eine Unzahl von Motorentypen verschiedenster Herkunft zur Neuwicklung anfallen. Dieser Situation kann nur durch den Einsatz sinnreich ausgelegter Spulen-Formgeräte entsprochen werden, die den recht vielseitigen Anforderungen genügen und somit die angestrebte wirtschaftliche, formund maßgerechte Herstellung der erforderlichen Spulensätze ermöglicht. Die wirklich vollkommene Lösung dieser Aufgabe ist nicht einfach. Sie erfordert nicht nur eine umfangreiche, persönliche, praktische Er267

fahrung auf dem Gebiete der Wickelei, sondern auch die Gabe, die als zweckmäßig erkannte Fertigungsidee mit dem geringsten Aufwand an Kosten und Werkstoffen zweckdienlich und formschön zu gestalten. Nehmen wir in Gedanken eine sogenannte Einlochspule aus einer betriebsfertigen Drehstrom-Ständerwicklung heraus, dann hat diese Spule etwa die Form gemäß Abb. 211. Auf den beiden Stirnseiten ist die Spule nach unten abgewinkelt (gekröpft), und der parallel zum Innendurchmesser des Ständers verlaufende Spulenteil a entspricht etwa einem Kreisbogen. Die aus den Nuten nach unten verlaufenden Spulenteile b zeigen nach dem Mittelpunkt des lichten Ständerdurchmessers. Abb. 211 Bezeichnet man diese endgültige Spulenform als erstrebenswerte „Idealform", dann wäre die Frage zu beantworten, ob diese Spulenform überhaupt, auf einem Formgerät hergestellt werden kann. An sich ist dies durchaus möglich und von dieser Möglichkeit wird auch bei der Herstellung von Spulen für größere Leistungseinheiten gelegentlich Gebrauch gemacht. Es handelt sich dann aber um starke Leiterquerschnitte, die eine nachträgliche Verformung der außerhalb der Nuten liegenden Spulenteile nicht zulassen. Bezogen auf die Bewicklung der normalen Drehstrom-Kleinmotoren bis etwa 25 kW bei 3000 n, 50 Hertz lassen sich die anfallenden Leiterquerschnitte so unterteilen, daß die aus dem Spulen-Formgerät entnommenen Spulen durch die geschickte Hand des Wicklers bzw. der Wicklerin nachgeformt werden können. Biegt man in Gedanken die beiderseits der Stirnflächen des Ständers nach außen gekröpften Spulenteile derart, daß diese Teile in einer Ebene mit den in den Nuten liegenden Teilen liegen, dann ergibt sich die Spulenform etwa gemäß Abb. 212. Die Spule liegt nunmehr in e i n e r Ebene und entspricht nicht mehr ganz der „Idealform". Dieser kleine Mangel wird allgemein in Kauf genommen, weil die Formkorrektur, die sich auf das Kröpfen der außerhalb der Nuten liegenden Spulenteile bezieht, n a c h dem Einbau (Träufeln) in der Regel ohne Schwierigkeiten von der Hand durchgeführt werden kann. Grundsätzlich stellt jedoch jede nachträgliche Verformung der aus dem Formgerät entnommenen Spule eine zusätzliche, unerwünschte Beanspruchung des Wickeldrahtes dar. (Bei der Verwendung von Lackdrähten und kunstseideumsponnenen Drähten besonders unerwünscht.) 268

Ü b e r m a ß e für die

Es läßt sich daher der Grundsatz aufstellen, daß diejenige Spulenform am zweckmäßigsten ist, welche nach der Entnahme aus dem Formgerät bei der Nachformung bis zur Einbaureife den geringsten Aufwand an nachträglichen Korrekturen erfordert. Es ist sehr wichtig, an dieser Stelle hervorzuheben, daß die Isolierschicht des Wickeldrahtes bereits durch die Formgebung im SpulenFormgerät mehr oder weniger auf Zug-, Druck und Abrieb (Drahtspannung und Drahtführung) nachteilig beansprucht wird. Die mechanische Beanspruchung des Wickeldrahtes während des Wickelvorganges im Formgerät ist bei kreisrunden Spulenformen zweifellos am geringsten. Aus der Abb. 214 ist jedoch ersichtlich, daß die anschließende, zusätzliche Verformung bis zur Einbaureife (Abb. 220) bei dieser Spulen-Grundform den höchsten Aufwand an Arbeit und die höchste mechanische Beanspruchung erfordert. 269

Ähnlich ungünstig liegen die Verhältnisse bei der Formung nach Abb. 215. Hier wird der jeweils erforderliche Spulenumfang lediglich durch 2 Formteile erreicht, die je für sich nur nach 2 Richtungen verstellt werden können. Teilt man diese Formteile etwa gemäß der Abb. 216, so erhält die Spulenform 4 sektorförmige, je für sich nach 4 Richtungen verstellbare Formj ^ 1 ' ^®

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Diese Methode ermöglicht, der angestrebten, einbaufertigen Form näher zu kommen, wie aus der Darstel-

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zeigen die tatsächliche Form, die in einem solchen Formgerät zwangsläufig entsteht. Bei

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dieser Spulen (von Hand) werden die an den Rundungen beim Wickeln unter Druck stehenden Windungslagen automatisch entlastet. Die Anforderungen, die Abb. 213 an eine einbaufertige Spulenform gestellt werden müssen, sind jedoch damit keineswegs erfüllt. Hier beginnen erst die eigentlichen Schwierigkeiten, die bei der konstruktiven Auslegung eines wirklich brauchbaren Wickelgerätes zu überwinden sind. Bezogen auf Mehrfachspulen ungleicher Weite muß die 2., 3., 4. Teilspule jeweils von der vorhergehenden einen allseitig gleichmäßigen Abstand erhalten, der sowohl der vorliegenden Zahnstegbreite, als auch den übrigen, wickeltechnischen Gesichtspunkten in allen Teilen entspricht. Außerdem ist zu berücksichtigen, daß die Spulenform den Abb. 214 jeweils vorliegenden Nutenmaßen 270

,

und den Spulenhöhen sowohl bei Einschicht-, als auch bei Zweischichtenwicklungen entsprechen muß. Man erhält hierüber Klarheit, wenn man die Nutenmaße und Zahnstegbreiten, die in einem Drehstrommotorenprogramm in den Leistungseinheiten etwa 0,2—25 kW anfallen, einer Betrachtung unterzieht und berücksichtigt, daß sowohl Einschicht- als auch Zweischichtenwicklungen hergestellt werden müssen. In der Abb. 218 ist die kleinste und die größte Nute, in der Abb. 219 die kleinste und größte Zahnstegbreite maßstäblich dargestellt und die Maße vermerkt. Die geringste Nutenhöhe (bezogen auf die erwähnten Leistungseinheiten) ist = 12 mm, die größte Höhe = 26 mm. Die \ WÜ. mittlere Nutenbreite (sackförmige A bb. 2 , 5 Nuten) schwankt zwischen etwa 6,6 und 13,6 mm. Die geringste Zahnstegbreite beträgt etwa 2,5 mm und die größte Zahnstegbreite (bei geringer Nutenzahl oder höherer Leistung) etwa 9 mm. Die Nutenzahlen bewegen sich zwischen den Zahlen 24—54. Entsprechend der Nutenzahlen und Leistungseinheiten variieren die Zahnstegbreiten. In der Abb. 220 ist eine eingebaute Zweifachspule ungleicher Weite für eine Zweischichtenwicklung dargestellt. Die Seitenansicht hiervon entspricht etwa der Abb. 221. Aus der Abb. 218 ist zunächst ersichtlich, daß die Spulenhöhe und die Spulenbreite den jeweils vorliegenden Nutenmaßen entsprechen müssen. Die Spulenhöhen variieren etwa zwischen 12 und 26 mm bei Einschichtwicklungen bzw. 6 und 13 mm bei Zweischichtwicklungen (Abb. 220), und die mittlere Spulenbreite schwankt zwischen 6,6 und etwa 13,6 mm. Etwa in diesen Maßbereichen muß das Spulenformgerät verstellbar sein, d. h. die jeweils vorliegende Nutenbreite und Spulenhöhe muß an dem Spulen-Formgerät einge^^ stellt werden können. Diese Forderungen werden beispielsweise nach dem in Abb. 224 dargestellten Prinzip durch sogenannte „zusätzliche Formteile" erfüllt (Konstruktionsidee des Verfassers).

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271

Das Spulen-Formgerät muß demnach nach 6 verschiedenen Richtungen verstellbar sein, wenn alle Anforderungen, die man an eine „einbaufähige" Spulenform stellt, erfüllt werden sollen. Bei dem Gerät nach Abb. 216 sind die Formteile nur nach 2 Richtungen, nach Abb. 224 nach 4 Richtungen verstellbar. Abb. 217 Bezogen auf den jeweils vorliegenden Wickelschritt und die erforderlichen Maße für die Spulenumfänge (bei Mehrfachspulen ungleicher Weite) ist die zweckmäßige Spulenform aus den Abb. 220 und 224 ersichtlich.

Abb. 218

Abb. 219

Die Zunahme der Spulenumfänge bei Mehrfachspulen ungleicher Weite (Abstände der Teilspulen voneinander) ist bei niedriger Pol- und Nutenzahl größer als bei hoher Nutenzahl und den Polzahlen 4, 6, 8 usw. Die sogenannten Übermaße für die Abwinkelung der Spulenköpfe auf den Stirnseiten sind aus Abb. 212 ersichtlich. Die Spulenabstände außerhalb der Nuten verschwinden bei der zusätzlichen Handformung etwa gemäß Abb. 220. Der Wickelraum ist hier in der Regel beengt und muß daher wohlüberlegt von Fall zu Fall ausgenutzt werden, damit die fertigen Wickelköpfe nicht die Lagerschilde berühren. Die Entnahme der Spulenmaße ist in der EMA Heft 5—6/1948, Seiten 80—82 näher beschrieben. Ob nun die Mehrfachspulen ungleicher Weite im Formgerät überoder nebeneinander gewickelt werden, ist eine Ansichtssache. Entscheidend wichtig ist allein, daß die Spulen nach allen Richtungen eine gleichmäßig anwachsende Form erhalten. Das Abbinden der Einzelspulen im Formgerät unter Verwendung von Bindfäden oder Bindedrähten ist in beiden Fällen zeitraubend und kompliziert. 272

Abb. 220 Anstelle der Bindfäden oder Bindedrähte empfiehlt der Verfasser sogenannte Halteklammern, die aus Bleiblech von etwa 1,5—2 mm Stärke in etwa 5—7 mm Breite und ausreichender Länge hergestellt werden können. Die beim Schneiden entstehenden scharfen Kanten werden gebrochen, die Blechstreifen mit Hohlschlauch aus Glanzgarn überzogen, in elastischen Tränklack getaucht und im Ofen getrocknet. Man kann die Blechstreifen auch mit Mipolamschlauch (Kunststoffschlauch) überziehen (Abb. 182). Diese Klammern sind recht lange Zeit verwendbar, erleichtern das Abfangen der Einzelspulen und ersparen viel Arbeitszeit. Es ist hierbei ohne Bedeutung, ob die Mehrfachspulen über- oder nebeneinander gewickelt werden. Bei der Gestaltung der Spulenformen handelt es sich weniger darum, den fertigen Wickelköpfen ein gleichmäßiges und „schönes" Aussehen zu verleihen, sondern vielmehr darum, wichtige Voraussetzungen für die Betriebstüchtigkeit und Lebensdauer der Wicklungen durch technisch einwandfreie, kluge und weitsichtige Dispositionen zu schaffen. 18

R a s k o p , Katechismus, 13. Aufl.

273

ganze Nutenhöhe o b e r e Spulenseite

untere Spulenseite Kröpfung

Seitenansicht.

Abb. 221

J e geringer die mechanisehe Beanspruchung des Wickeldrahtes : a) bei der Formgebung im Wickelgerät b) bei der zusätzlichen Verformungwährend desEinbauens der Spulen in das aktive Eisen c) je geringer der Anlagedruck der einzelnen Windungen gegeneinander, innerhalb und außerhalb des aktiven Eisens (auch durch Umbandelung)

je geringer ist die Gefahr eines Fehlschlages und je höher ist die Betriebstüchtigkeit und Lebensdauer der Wicklungen, wenn sonst alle anderen Voraussetzungen (Eigenschaften und Gütewerte der Tränklacke, Imprägnier- und Trockenverfahren usw.) erfüllt sind. Da aber auch der Arbeitszeitaufwand eine überaus wichtige Rolle spielt und die Wickelzeiten um so kürzer ausfallen, je einbaufertiger die Spulenform dem Wickler zur Verfügung gestellt wird, so wird die Bedeutung der „einbaufähigen Spulenform" hierdurch noch unterstrichen. Die maß- und formgerechte Gestaltung der Spulen im Formgerät ist daher ein entscheidender Faktor für die Wettbewerbsfähigkeit der Instandsetzungswerkstätten und für die Qualität der von diesen gelieferten Arbeiten. Von berufener Seite werden folgende Lohnkosten (Stücklohn) bezogen auf Instandsetzungswerkstätten elektrischer Maschinen genannt, die unter Einsatz des Träufel-Verfahrens mit neuzeitlichen SpulenFormgeräten erzielt werden. 1. L o h n k o s t e n 1 ) für das Wickeln eines kompletten Spulensatzes, unabhängig von Pol- und Nutenzahl, bis etwa 10 kW Schildleistung = DM 1,10. 2. L o h n k o s t e n 1 ) für den Einbau eines Spulensatzes, einschließlich Herstellung der Schaltung, gemäß der nachstehenden Tabelle: Die Tabellenwerte stellen Richtwerte dar, die der gleitenden Lohntendenz von Zeit zu Zeit angeglichen werden müssen.

274

Spulenabstand = Zahnbreite auswechselbare

Ubergang

Abb. 222 NutenZahl

1 kW DM

24 36 48 54

5,50 6,50 7,50

18 :

—

bis 2,2 kW 3—4 kW 5—6 kW DM DM DM 6,00 7,00 8,00 8,50

6,50 7,50 8,50 9,00

7,00 8,00 9,00 9,50

7—9 kW 10—12kW 13—15kW DM DM DM 8,00 9,50 10,50 11,50

9,00 11,50 12,00 12,50

10,50 13 — 14,00 —

275

Anmerkungen: a) Die Preise der Tabelle gelten für 4polige Motoren normaler, offener Ausführung. b) Bei 2 und 6 poligen Maschinen + 10% Aufschlag. c) Bei Zweischichtenwicklungen + 2 0 % Aufschlag. d) Die Preise beziehen sich auf männliche Fachkräfte. Es sei aus dieser Aufstellung das Beispiel eines normalen, 4poligen Drehstromständers inZweischichtenwicklung herausgegriffen und angenommen, daß der Stundenlohn etwa 1,20 DM beträgt. Bei 36 Ständernuten ergibt sich dann ein Zeitaufwand für das Wickeln des Spulensatzes und für den betriebsfertigen Einbau dieses Satzes von A b b 2 23 7,50 DM + 20% + 1,10 DM = 10,10 DM = etwa 8 Stunden = etwa eine Tagesleistung. Das Abreißen der beschädigten Wicklung ist hierin nicht einbegriffen. Die Kosten hierfür werden wie folgt angegeben: A b r e i ß e n der W i c k l u n g e n : bis 0,8 kW Drehstromständer bis 2,2 kW Drehstromständer bis 5,0 kW Drehstromständer bis 10 kW Drehstromständer bis 20 kW Drehstromständer

= = = = =

1,80 DM 1,10 DM 1,50 DM 2,20 DM 3,60 DM.

Anmerkung: Besonders schwierig gelagerte Fälle werden als Ausnahmen behandelt und bewertet. Betrachtet man diese konkreten Zahlen, dann tritt der große Wert und die Bedeutung eines möglichst vollkommenen Spulen-Formgerätes für jeden Fachmann verständlich und greifbar in Erscheinung. Dieser Realwert erhöht sich weiter, wenn man die Höhe der Ausschußziffer (unproduktive Fehlarbeiten) und die geschäftlichen Vorteile hinsichtlich der kürzeren Lieferzeiten, insbesondere aber die Wettbewerbsfähigkeit des Träufelverfahrens in Verbindung mit einem vollkommenen Formgerät gebührend in Ansatz bringt. Diese Erkenntnisse sind allerdings nicht von heute auf morgen Allgemeingut aller Instandsetzungsfachleute geworden, und über die zweckdienliche Formgebung der Mehrfachspulen, besonders hinsichtlich der erstrebenswerten „einbaufertigen" Spulenform bestehen auch z. Z. noch keine einheitlichen Erkenntnisse und Auffassungen. 276

Die Einführung der Formspulen-Träufelwicklung in den Instandsetzungswerkstätten elektrischer Maschinen erstreckt sich über einen Zeitraum von etwa 30 Jahren. Es ist erstaunlich, welche Widerstände, Hindernisse und Schwierigkeiten überbrückt werden mußten, um diesem e n t s p r i c h t der Nutenbreite

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DteBe Wangentelle müssen nach m v e r s t e l l b a r s e i n , damit die Spulenhöhe " h '* e i n g e s t e l l t werden kann Die Formteile - 2 - und - 3 müssen nach ^ ^ \ v e r s t e l l b a r s e i n

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h Ist:::

damit der Spulenabstand der Einzelspulen bei Mehrfachepulen ungl. Veite massgerecht e i n g e s t e l l t werden kann.

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Abb. 224 a = entspricht dem Spulenabstand = Zahnstegbreite und muß einstellbar sein

h = entspricht der Nutenhöhe and muH einstellbar sein

Herstellungsverfahren den Weg in die Instandsetzungswerkstätten frei zu machen. Im ursächlichen Zusammenhang hiermit steht die konstruktive Entwicklung und praktische Ausführung der universell verstellbaren Wickelgeräte, die etwa im Jahre 1927—28 begann und auch z. Zt. wohl noch nicht ihren endgültigen Abschluß gefunden hat. 277

Es ist jedoch bereits klar ersichtlich, daß die Wettbewerbsfähigkeit eines Instandsetzungsbetriebes im hohen Maße von der obligaten Einführung des Formspulen-Träufelverfahrens beeinflußt wird und es ist

zusätzliche

Formte!ie

Formt.eil

Teilspulen

\\ W / / /'/' w // \ \ \2— ' '

Traversen- Drehpunkt W» I s t »—

RäruJelautter

Abb. 225. Konstruktionsidee des Verfassers

fast mit Sicherheit vorauszusagen, daß die endgültige, allgemeine Anwendung dieses Fertigungsverfahrens in relativ kurzer Zeit zwangsläufig vollzogen sein wird. 278

In dem derzeitigen Entwicklungsstadium gewinnen die wirklich zeitgemäß konstruierten und mechanisch einwandfrei ausgeführten Spulen-Formgeräte ein erhöhtes Interesse des gesamten Elektromaschinenbauerhandwerkes. Die vorstehenden Darlegungen verfolgen in erster Linie den Zweck, etwa noch vorhandene Zweifel über die praktische Brauchbarkeit des Formspulen-Träufelverfahrens zu überbrücken und hinsichtlich der erstrebenswerten, maß- und formgerechten Herstellung der Wicklungselemente eine einheitliche, klare Linie zu schaffen. Rändelmutter abnehmbarer Wangenteil (Oberteil)

Aussparung

Distanzstück

Unterteil (fest) A b b . 226. Formteil zum Wickelgerät nach

Raskop

Die konstruktive Entwicklung und Gestaltung eines wirklich einsatzfähigen Spulen-Formgerätes ist gleichbedeutend mit einer mühseligen, kostspieligen, zeitraubenden und an Enttäuschungen reichen Forschungsarbeit. Es ist erklärlich, daß die Geräte um so teurer, aber auch um so wertvoller werden, je mehr sich die hiermit hergestellten Spulen der „Idealform" nähern. Es sind letzten Endes aber nicht die Anschaffungskosten eines solchen Gerätes entscheidend, sondern der nachweisbar wirtschaftliche Erfolg, der mit dem Gerät erzielt werden kann und durch den praktischen Einsatz des Gerätes gewährleistet wird. Die Anschaffungskosten müssen in einem gesunden Verhältnis zu dem Gewinn stehen, der durch 279

Abb. 227. Mehrzweck-Wickelmaschine „ S e l e k t a 201", mit 6 auswechselbaren 280 Zusatz-Wickelgeräten (Werkbild: H. Schümann, Lübeck)

Einsparung von Arbeitszeit, Herabsetzung der Ausschußziffer und kürzere Lieferzeiten erzielt wird. Es soll versucht werden, die Wirtschaftlichkeit eines zeitgemäßen Spulen-Formgerätes in Zahlen auszudrücken.

Abb. 228. Wickelgerät der Fa. H. Schümann, Lübeck

Wird angenommen, daß im Vergleich zur Handwicklung durch Einsatz eines Gerätes und Schulung der Wickler durch die Anwendung des Formspulen-Träufelverfahrens 50% an Wickelzeit eingespart wird, dann würden gemäß des Beispieles Seite 231 an einem 4 poligen 3 kWDrehstromständer 4,00 DM eingespart. Werden täglich 5 solcher Motoren neugewickelt, dann werden im Monat (23 Tage) 460 DM und im Jahre 5 520 DM allein an Arbeitslöhnen eingespart. Die Möglichkeit, daß die Kapazität der Werkstatt bei gleicher Belegschaft um etwa 50% gesteigert werden kann, ist hierbei nicht berücksichtigt. 281

Abb. 2 2 9 . Teilansicht des Wickelgerätes der F a . H. Schümann,

Lübeck

Liegen die Voraussetzungen in der Werkstatt so, daß ein neuzeitliches Gerät voll ausgenutzt werden kann (man kann mit einem Gerät je Arbeitstag etwa 8 komplette Spulensätze herstellen), dann liegen die Verhältnisse bezüglich der Amortisation des Anlagekapitals noch wesentlich günstiger. Die Renditen steigen also mit dem Grad der Ausnutzung des Gerätes. Dieser Darstellung gegenüber kann der Einwand erhoben werden, daß das vollkommenste Wickelgerät bedeutungslos ist, wenn: a) das erforderliche Kapital für die Anschaffung eines kompletten Gerätes nicht zur Verfügung steht, 282

b) das Gerät infolge Mangels an Arbeitsanfall nur zu einem geringen Teil ausgenutzt werden kann oder c) die Belegschaft nicht über die ausreichende Übung im Träufelverfahren verfügt.

Abb. 230.

Formteile zum Wickelgerät der Fa. H. Schümann, Lübeck

Zu a) wäre zu erwähnen, daß bei Inanspruchnahme eines Kredites für die Anschaffung des Gerätes sowohl die Verzinsung als auch die Amortisation (Rückzahlung aus dem Ertrag) immer gewährleistet ist, wenn die Voraussetzungen gemäß b) und c) einigermaßen erfüllt sind. Hier handelt es sich daher lediglich um ein Finanzierungsproblem. Zu b) liegen die Voraussetzungen für die Anschaffung ungünstig und zu c) bedarf es der richtigen, zielstrebigen Anleitung auf die Dauer einer tragbaren Übergangszeit, bis die erzielbaren Standardzeiten von den Wicklern erreicht werden. Es ist sehr zu bedauern, daß z. Z. die praktische Vorführung solcher fortschrittlichen Hilfsgeräte nicht vor einem großen Forum von interessierten Facheuten erfolgen kann, wie das alljährlich bis zum Jahre 1933 im Rahmen der Mitgliederversammlungen des damaligen RelmaVerbandes möglich war und durchgeführt wurde. 283

Abb. 231 Verstellbares Formgerät für Mehrfachspulen gleicherWeite (Werkbild: H . Schümann, Lübeck)

284

Die an solche praktischen Vorführungen anschließenden Fachaussprachen bieten Gelegenheit zum gegenseitigen Erfahrungsaustausch auf allen Fachgebieten und dienen daher der Gesamtheit des Berufsstandes, wie es kein anderes Mittel zu bieten vermag. Es ist wichtig, sich stets vor Augen zu führen, daß die Technik keinen absoluten Stillstand kennt, daß aber der Existenzkampf von unbegrenzter Dauer und das „Bessere" des „Guten" Feind ist.

Die Dreiphasen-Formspulen (Träufel-) Wicklungen und ihre Bedeutung für die Instandsetzungswerke elektrischer Maschinen Die im neuzeitlichen Elektromaschinenbau bevorzugten Dreiphasen-Formspulenwicklungen (Träufelwicklungen) sind nach Überwindung mehr oder weniger großer Schwierigkeiten nunmehr auch in den Instandsetzungswerkstätten populär geworden. Während noch vor einigen Jahren gelegentlich einer Neuwicklung die vorgefundene, vom Hersteller angewandte Formspulenwicklung, oftmals auch durch die Gruppenhandwicklung (Einschicht - Zweietagenwicklung mit Mehrfachspulen ungleicher Weite) ersetzt wurde, ist dies heute nicht mehr der Fall. Nachdem die anfängliche Scheu gegen die kompliziert erscheinenden Schaltungen der ein- und zweischichtigen Formspulenwicklung in den Instandsetzungswerkstätten durch die Bekanntgabe vereinfachter Schaltbilder als überwunden bezeichnet werden kann, werden nunmehr vorgefundene Einschicht- Abb. 232. Das Einträufeln der Spulen bei Drehstrom-Ständerwicklungen, ZweietagenWicklungen öfter durch (Werkbild: SSW-Erlangen) ein- oder zweischichtige Formspulenwicklungen ersetzt. Der Anlaß hierzu ist verständlich. Die Erkenntnis, daß der Zeit- und Werkstoffaufwand bei den zweischichtigen Formspulenwicklungen erheblich geringer ist als bei den früher allgemein üblichen EinschichtZweietagen-Handwicklungen, ist heute Allgemeingut aller berufener 285

Instandsetzungsfachleute. Um dieser Vorteile teilhaftig zu werden, werden die Träufelwicklungen nun auch in den Instandsetzungswerkstätten bevorzugt zum Einsatz gebracht.

Abb. 233. Das Umbandeln der Wickelköpfe bei Dreiphasen-Zweischichtenwicklungen (Werkbild: SSW-Erlangen)

Über die bei Träufelwicklungen anfallenden Lohnkosten gibt die Tabelle auf Seite 275 einen Überblick. Bei dem Übergang von einer Einschicht-Zweietagenwicklung auf eine zweischichtige Träufelwicklung sind jedoch eine Reihe wichtiger Faktoren zu beachten, denn im Regelfalle soll die ursprüngliche Leistungscharakteristik des Motors beibehalten werden. Man kann beispielsweise nicht unter Beibehalt der ursprünglichen Wickeldaten eine vorgefundene Einschicht-Zweietagenwicklung durch eine Zweischichtenwicklung ersetzen, ohne gleichzeitig die ursprüngliche Leistungscharakteristik zu ändern. Geschieht dies trotzdem, dann wird in der Regel der Ohmsche Widerstand in den drei Wicklungsphasen bei der Zweischichtenwicklung geringer und der Magnetisierungsstrom (Leerlaufstrom) höher. Gleichzeitig wird aber auch der Kurzschlußstrom höher und somit ändert sich auch die gesamte Leistungscharakteristik des Motors. Diese Erscheinung hat ihre Ursache darin, daß die gestreckte Drahtlänge einer Wicklungsphase bei der Zweischichtenwicklung in der Regel 286

287

geringer wird, als dies bei der vorgefundenen Einschicht-Zweietagenwicklung der Fall war. Wird beim Ubergang von der vorgefundenen Einschicht-Zweietagenwicklung auf eine zweischichtige Träufelwicklung gleichzeitig auch der Wickelschritt verkürzt (siehe Tabelle Seite 349), dann fallen folgerichtig

Abb. 235. Mehrfach-Wickelgerät für Spulen gleicher Weite Werkbild: H. Schümann, Lübeck

die Werte des Leerlauf- und Kurzschlußstromes noch höher aus, wenn nicht gleichzeitig die Leiterzahl Nute gemäß Tabelle Seite 349 erhöht wird. Umgekehrt liegen die Verhältnisse ähnlich, wenn eine vorgefundene Zweischichtenwicklung durch eine Einschicht-Zweietagenwicklung ersetzt wird, wie das früher öfter vorgekommen ist. Wird also eine vom Hersteller angewandte und vorgefundene Wicklungsart gelegentlich einer Neuwicklung geändert, dann muß im Regelfalle eine Korrektur der Ursprungs-Wickeldaten vorgenommen werden. Für den Normalfall gilt der Grundsatz, daß Neuwicklungen stets nach Maßgabe der vom Hersteller angewandten und vorgefundenen Wicklungsart und nach Maßgabe der Ursprungswickeldaten erfolgen sollen. Wird von diesem Grundsatz abgegangen, dann müssen auch sämtliche Voraussetzungen für die Erhaltung der ursprünglichen Leistungscharakteristik des Motors erfüllt werden. In einfach gelagerten Fällen wird eine geringfügige Änderung der Leistungscharakteristik kaum nachteilig in Erscheinung treten. Liegen aber die Antriebsverhältnisse schwieriger, dann können sehr wohl kleinere oder größere Nachteile auftreten, die möglicherweise eine Verwendung des neugewickelten Motors unmöglich machen. Wird beispielsweise bei einem Käfigläufermotor das ursprüngliche Anzugsmoment durch Änderung der Wicklungsart herabgesetzt, dann 288

kann der Fall eintreten, daß der Läufer am Betriebsort nicht mehr hochläuft. Solche Fälle sind vom Verfasser in seiner Eigenschaft als beratender Ingenieur schon öfter bearbeitet und in der Fachzeitschrift EMA — die elektrische Maschine — behandelt worden. Es ist daher ratsam, bei einer Änderung der ursprünglichen Wicklungsart mit der notwendigen Sorgfalt zu Werke zu gehen. Liegen schwierige Antriebsverhältnisse vor, dann ist es empfehlenswert, einen beratenden Ingenieur in Anspruch zu nehmen. Bei Beachtung aller Einflüsse bestehen keinerlei Bedenken, eine vorgefundene Einschicht-Zweietagenwicklung durch eine zweischichtige Träufelwicklung zu ersetzen.

Die wirtschaftliche Herstellung der Nutenisolationen in den Wickeleibetrieben Der Aufbau der Wicklungsisolation im Elektromaschinenbau gemäß REM, VDE 0530/3. 59, § 32, Tafel 3 beginnt mit der Auswahl der Isolierstoffe, die in ihrer Gesamtheit die Wicklungsisolation darstellen. Hierbei spielen die Eigenschaften und Gütewerte der einzelnen Stoffe und zwar die dielektrischen, thermischen, physikalischen, chemischen, tropischen und mechanischen Gütewerte eine entscheidende Rolle in bezug auf die Betriebstüchtigkeit und Lebensdauer der elektrischen Maschinen. Im Rahmen der Rationalisierungsbestrebungen in den Wickeleibetrieben steht die Frage der wirtschaftlichen Fertigung im Vordergrunde.

Abb. 236 19

R a s k o p , Katechismus, 13. Aull.

289

Bezogen auf den Zeitaufwand für den Zuschnitt und die bestgeeignete Formgebung der Wicklungsisolation stehen den Wickeleibetrieben heute zeitsparende und qualitätsverbessernde Spezialmaschinen und Apparate zur Verfügung, mit deren Hilfe die Wirtschaftlichkeit der Fertigungsvorgänge nennenswert verbessert werden kann.

Abb. 238 290

Eine solche, automatisch arbeitende Maschine ist in Abb. 237 dargestellt. Der mit „Isomat" — DPB. No. 1044251 bezeichnete Automat ist für die Herstellung von Nutenisolationen, Nuten-Isolier-Zwischenlagen, Nutenverschlüsse, Wickelkopf-Zwischenlagen, mit Umschlag verstärkte Nutenisolationen (Abb. 236) und Nutenverschlußschieber aus Kunststoffen, gefiederte Isolierbänder für den Trafobau und für den Zuschnitt verschiedener Sonderformen aus Isolierpapier und Folienbänder entwickelt worden. Die konstruktive Auslegung und Arbeitsweise des Automaten gewährleistet größte Schonung der zur Anwendung gelangenden Isolierstoffe. Das Fertigungsmaterial wird nur in Richtung der Faserstruktur verformt. Die Formgebung, — auch der Kunststoffolien — geschieht auf kaltem Wege. Der Isomat spart Arbeitskräfte und senkt die Fertigungskosten. In der Abb. 238 sind einige Anwendungsbeispiele dargestellt.

2 polig, 12 Nuten, 3000 n Wickelschritt 1—6, Sternschaltung S c h a l t v e r b i n d u n g e n : Phase I. Nute „ II. „

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Dreiphasen-Einschicht-Träufelwicklung 4polig, 12 Nuten, 1500 n Wickelschritt 1—4, Sternschaltung Schalt Verbindungen: Phase

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Dreiphasen-Einschicht-Träufelwicklung 2polig, 24 Nuten, 3000 n Wickelschritt 1—10,

Sternschaltung

S c h a l t v e r b i n d u n g e n : Phase I . N u t e II. III.

Abb. 243.

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Dreiphasen-Einschicht-TräufelWicklung 4polig, 24 Nuten, 1500 n W i c k e l s c h r i t t 1—8, S t e r n s c h a l t u n g

S c h a l t v e r b i n d u n g e n : P h a s e I. Nute 8—14— 7—13—20— 2 „ II. „ 12—18—11—17—24—6 „ III. „ 16—22—15—21— 4 — 1 0 A n f ä n g e in N u t e 1, 5, 9 Enden „ „ 19, 23, 3

Abb. 244. D r e i p h a s e n - E i n s c h i c h t - T r ä u f e l w i c k l u n g (Bruchlochwicklung) 6poIig, 24 Nuten, 1000 n (Wickelschritt 1—5, Sternschaltung) S c h a l t v e r b i n d u n g e n : Phase 1. Nute 6— 2—23—19—15—11—14—10 „ II. „ 9—13—17—21—18—22— 1— 5 ., III. .. 12—16—20—24— 3— 7— 4— 8

Abb. 245. Dreiphasen- Einschicht-Bruchlochwicklung, 6polig, 24 Nuten Verteilung der Leiter bzw. Wdg. auf die Nuten: I. Nuten 1—4—58—9—12—13—16—17—20—21—24 = 330 + 100 Wdg. 2—3—6—7—10—11—14—15—18—19—22—23 = 360 Wdg. II. je Phase = 1380 Leiter in Serie, Draht: 0,24 mm 0 , L. III. U in Nute 1 X in Nute 5 V in Nute 3 Y in Nute 24 W in Nute 22 Z in Nute 1 IV. Schaltverbindungen innerhalb der 3 Stränge: Anfang mit Anfang, Ende mit Ende (die Anfänge sind durch einen ungefüllten, die Enden durch einen gefüllten Kreis gekennzeichnet.) V. Phase U — X : Nuten 1—4—5—8—9—12—1316—17—20—21—24 = 230 Leiter = 1380 Wdg. Phase V— X : Nuten 3—7—1115—19—23 = 360 Leiter 8—12—16—20—24—4 = 100 Leiter = 1380 Leiter Phase W — Z: Nuten 6—10—14—18—22—2 = 360 Leiter 1—5—9—17—21 = 100 Leiter = 1380 Leiter

2polig, 36 Nuten, 3000 n Wickelschritt 1—18, Sternschaltung Schaltverbindungen: Phase I. Nute 18— 2—21— 3—20— 4—23— 5—22—36 „ II. „ 30—14—33—15—32—16—35—17—34—12 „ III. „ 6—28—11—29—10—26— 9—27— 8—24 Anfänge in Nute 1, 13, 25 Enden in Nute 19. 31, 7

2polig, 36 Nuten, 3000 n Wickelschritt 1—14, Sternschaltung Schaltverbindungen: Phase I. Nute 15— 4—17— 6—19— 1—24—35—22—33 „ II. „ 27—16—29—18—31—13—36—11—34— 9 „ III. „ 3—28— 5—30— 7—25—12—23—10—21 Anfänge in Nute 2, 14, 26 Enden in Nute 20, 32, 8

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Dreiphasen-Einschicht-Träufelwicklung 4polig, 36 Nuten, 1500 n W i c k e l s c h r i t t 1—10, S t e r n s c h a l t u n g Schaltverbindungen: Phase I . N u t e n 10— 2 — 2 9 — 2 1 — 3 0 — 1 9 — 2 8 — 2 0 — 1 1 — 3 II. „ 16— 8 — 3 5 — 2 7 — 3 6 — 2 5 — 3 4 — 2 6 — 1 7 — 9 „ III. „ 22—14— 5—33— 6—15—24—32—23—31 A n f ä n g e in N u t e n : 1, 7, 13 Enden „ „ : 12, 18, 4

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Abb. 248. D r e i p h a s e n - E i n s c h i c h t - W i c k l u n g lOpolig, 60 Nuten

A b b . 249.

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Abb. 250.

Dreiphasen-Einschicht-TräufelWicklung 6polig, 3 6 Nuten, 1000 n

Wickelschritt 1—6, Sternschaltung Schaltverbindungen: Phase I.Nuten 6 — 1 2 — 7—13—18—24—19—25—30—36 II. „ 10—16—11—17—22—28—23—29—34—4 „ III. „ 14—20—15—21—26—32—27—33— 2 — 8 Anfänge in Nuten: 1, 5, 9 Enden „ „ : 31, 35, 3

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Abb. 252. D r e i p h a sen-EinschichtTräufelwicklung 8polig, 36 Nuten, 7 5 0 n

Wickelschritt 1 : 6 (Bruchlochwicklung)

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Abb. 277. Dreiphasen-Zweischichten-Bruchlochwicklung m i t S p u l e n gleicher W e i t e , 4 polig. 18 N u t e n , W i c k e l s c h r i t t : 1-

322

Abb. 2 7 8 .

Einbaufertige Formspulen für eine Dreiphasen-Zweischichtenwicklung ( W e r k b i l d : L o h e r & Söhne, R u h s t o r f )

A b b . 2 7 9 . E i n b a u der Formspulen in den S t ä n d e r eines D r e h s t r o m - H o c h spannungsmotors mit Zweischichtenwicklung ( W e r k b i l d : Loher & S ö h n e , R u h s t o r f ) 21

323

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Abb. 290.

Drehstrom-Zweischichten-Formspulenwicklung 6 polig, 72 N u t e n , W i c k e l s c h r i t t 1 : 1 3

331

Abb. 291. Dreiphasen-Zweischichten-Bruchlochwicklung, 30 Nuten, 8 polig

Abb. 292. Drehstrom-Zweischichten-Bruchlochwicklung 8 polig, 36 Nuten. Wickelschritt 1 : 5

332

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Abb. 293.

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Dreiphasen-Zweischichten-Bruchlochwicklung, 42 Nuten, 8 polig

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Abb. 294. Drehstrom-Zweischichten-Formspulenwicklung 8 polig, 48 Nuten, Wickelschritt 1:7

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Abb. 305. Drehstrom-Zweischichten-Formspulenwicklung 8 polig, 72 Nuten, Wickelschritt 1:10

343

Abb. 306. Dreiphasen-Zweischichten-Formspulen-Ganzlochwicklung, 18 Pole, 108 Nuten, 108 Halblochspulen, 54 Zweifachspulen, je Wicklungsstrang 18 Zweifachspulen = 36 Einfachspulen, je Pol und Phase = 2 Nuten, Wickelschritt: Nute 1—7 In der Phase U — X liegen die Spulen No: 1—4—7—10—13—16—19—22— 25 28 31 34 37—40—43 46 49 52. In der Phase V — Y liegen die Spulen No: 5—8—11—14—17—20—23—26— 29—32—35—38—41 U 47—50—53—2. In der Phase W — Z liegen die Spulen No: 9—12—15—18—21 —24—27—30— 33—36—39—42—45—48—51 —54—3—6. Die 54 Zweifachspulen werden (mit Schildchen) von 1—54 beziffert und nacheinander in das Statorblechpaket eingebaut. Nach erfolgtem Einbau werden an Hand des Schaltbildes die Schaltverbindungen innerhalb der Wicklungsphasen hergestellt. Die Anfänge der Spulen sind durch einen ungefüllten, die Enden durch einen gefüllten Kreis gekennzeichnet. Schaltprinzip: Ende mit Ende, Anfang mit Anfang. Die Spulenzahlen erhöhen sich in waagerechter Richtung um die Zahl + 3, in senkrechter Richtung um die Zahl 4 ©

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Abb. 307. Dreiphasen-Zweischichten-Formspulen-Bruchlochwicklung mit Spulen gleicherWeite.36 Nuten, 16 Pole,Wickelschritt: 1—3 Nuten je Pol und Phase: 3/4

344

Der verkürzte (gesehnte) Wickelschritt bei Dreiphasenwicklungen In den Kinderjahren des Drehstrommotors wurde der Ständer mit einer sogenannten Einschicht-Zweietagen-Wicklung mit Spulen ungleicher Weiten ausgerüstet. Der entsprechend der Nuten- und Polzahl hierbei angewandte Wickelschritt hat dem Instandsetzungsfachmann keinerlei Kopfschmerzen verursacht. Im Verlaufe der Entwicklungsjahre, die der neuzeitliche Drehstrommotor, insbesondere der Käfigläufermotor heute hinter sich hat, haben sich Erkenntnisse durchgesetzt, die u. a. auch in der Wahl verkürzter (gesehnter) Wickelschritte ihren sichtbaren Niederschlag fanden. Die ursprünglich obligat angewandte Einschicht-Zweietagen-Wicklung mit Spulen ungleicher Weite mußte diesen Erkenntnissen weichen. An ihre Stelle trat die E i n s c h i c h t - F o r m s p u l e n - W i c k l u n g mit Spulengleicher Weite, die sich von der erstgenannten im wesentlichen dadurch unterscheidet daß die Einzelspulen gleiche Weite (gleichen Wickelschritt) aufweisen und auf besonderen Formgeräten für das Träufelverfahren hergestellt werden. Diese Wicklungsart hat keine große Bedeutung in der Drehstromwickelei erlangt, wird aber noch z. Z. im geringen Umfange angewandt. Die wissenschaftlichen Untersuchungen über das Verhalten des Drehstrom-Käfigläufermotors beim Anlauf (Form der Anlaufkurve, Anlaufgeräusche) und während des Betriebes (Betriebsgeräusche) führten sehr bald zu der Anwendung der Zweischichten-Formspulen-Wicklungen mit Spulen gleicher und ungleicher Weite und zur Anwendung gesehnter (verkürzter) Wickelschritte. Es sei an dieser Stelle hervorgehoben, daß die letzteren Wicklungsarten nicht nur aus Gründen der Arbeitszeitverkürzung bei der Herstellung solcher Wicklungen, sondern in erster Linie zum Zwecke der Verbesserung des betrieblichen Verhaltens der Käfigläufermotoren ihre Daseinsberechtigung erlangten. 345

Unter dem Begriff „verkürzte (gesehnte) Wickelschritte" versteht man in der Wickeltechnik einen Wickelschritt, der kürzer ist als die Polteilung. Die Polteilung ist bei einer 2poligen Maschine = 180 Winkelgrade, bei einer 4poligen = 90 Winkelgrade, bei einer 6 poligen = 60 Winkelgrade usw. bezogen auf einen Kreis, der bekanntlich 360 Winkelgrade umfaßt bzw. in 360 Winkelgrade eingeteilt ist. Diese Winkelgradeinteilung entspricht nur bei der 2 poligen Wicklung den elektrischen Graden, die bei Wickelschritten = Polteilung immer 180 Grad betragen. Umfaßt der Wickelschritt weniger als die Polteilung, dann spricht man von einem „verkürzten oder gesehnten" Wickelschritt. Wird nun der Wickelschritt kürzer, als die Polteilung gewählt, dann muß in allen Fällen die Leiterzahl je Nute höher gewählt werden, als dies bei dem Wickelschritt = Polteilung der Fall ist. Man erkennt dies an einem Schaltbild, welches eine verkürzte Dreiphasenwicklung darstellt. Zeichnet man den Stromverlauf durch Eintragen von Pfeilen ein, dann findet man, daß diese Pfeile bei Wicklungen mit verkürzten Wickelschritten in einigen Nuten entgegengerichtet verlaufen. In diesen Nuten wird die Wirkung der Leiter daher ganz oder zum Teil aufgehoben. Diese Tatsache wirkt sich u. a. in der Größe des Leerlauf- und Kurzschlußstromes aus. Beide Werte werden höher. Damit ändert sich aber auch die gesamte Leistungscharakteristik des Motors. Man kann diese Erscheinung wieder ausgleichen, wenn man die Leiterzahl je Nute höher wählt, als dies bei dem ungesehnten Schritt der Fall war. Von dieser Möglichkeit wird in der Tat regelmäßig Gebrauch gemacht, wenn der Konstrukteur und Berechner eines Drehstrommotors die Wickeldaten festgelegt. Aus dieser Erkenntnis ergeben sich entscheidend wichtige Folgerungen, die für den Instandsetzungsfachmann von großer Bedeutung sind. 1. Der vom Hersteller festgelegte Wickelschritt und die zugehörigen Wickeldaten dürfen gelegentlich einer Neuwicklung nicht willkürlich geändert werden, weil hierdurch der Motor seine ursprüngliche Leistungscharakteristik verliert. 2. Wird der Wickelschritt aber aus einem zwingenden Grunde geändert, dann muß gleichzeitig auch die Leiterzahl je Nute geändert werden, wenn der Motor seine ursprüngliche Leistungscharakteristik beibehalten soll (der Regelfall). 346

Da sich aber auch das betriebliche Verhalten des Motors durch die Wahl eines anderen, als den ursprünglichen Wickelschritt ändert (z. B . der Anlaufvorgang bei Käfigläufer sowie die Geräuschbildung), so ist auch aus diesem Grunde von einer Änderung des ursprünglichen Wickelschrittes abzuraten. Das bezieht sich ganz besonders auf polumschaltbare Drehstrommotoren und solche für Schweranlauf. Es hat sich in den Instandsetzungswerkstätten die Erkenntnis durchgesetzt, daß die Formspulen-Träufelwicklung weniger Wickelzeiten und weniger Wickeldraht erfordert, als die Einschicht-ZweietagenWicklung mit Spulen ungleicher Weite. Aus diesem Grunde ist es in letzter Zeit fast zur Gewohnheit geworden, vorgefundene Einschicht-Zweietagen-Wicklungen durch eine Einschicht- oder Zweischichtenwicklung mit Spulen gleicher oder ungleicher Weite zu ersetzen. Geschieht dies unter Beibehalt der Ursprungs-Wickeldaten, dann ändert sich in jedem Falle die Charakteristik des Motors und zwar in der Regel nachteilig. Diese Tatsache wird leider noch sehr oft übersehen und die Folge hiervon ist, daß alle diese Motoren nicht mehr die ursprünglichen Leistungs- und Gütewerte (Leistung, Leistungsfaktor, Wirkungsgrad usw.) aufweisen. In manchen Fällen wird dies zwar äußerlich nicht erkennbar sein und es ist auch möglich, daß der Motor noch seinen früheren, betrieblichen Anforderungen entspricht. Würde man den Motor jedoch einer ordnungsmäßigen Leistungsmessung unterwerfen dann würden die Unterschiede greifbar in Erscheinung treten. Bei schwieriger gelagerten Fällen kann es aber vorkommen, daß der Motor sein ursprüngliches Anlaufmoment (z. B. bei Schweranlauf) nicht mehr besitzt, schlechter anläuft (Käfigläufer), stärkere Geräusche beim Anlauf und während des Betriebes verursacht, mehr Strom verbraucht oder sonstwie nicht mehr die ursprünglichen Betriebseigenschaften aufweist und beanstandet wird. Soll aus irgendeinem vertretbaren Grunde die vorgefundene Wicklungsart durch eine andere ersetzt werden, dann ist dies nur dadurch möglich, daß alle Forderungen, die hieraus entstehen können, durch entsprechende Maßnahmen berücksichtigt werden. Der verkürzte Wickelschritt wird aber nicht nur zur Verbesserung des betrieblichen Verhaltens der Drehstrom-Käfigläufermotoren angewandt, sondern man erspart auch gleichzeitig durch die Schrittverkürzung Wicklungsmetall und Wickelzeit. Die Wicklung mit verkürztem Wickelschritt beansprucht außerhalb der Nuten weniger WickeJraum 347

(der Wickelkopf wird kleiner) und die verkürzten Spulen erleichtern die ganze Wickelarbeit nicht unerheblich. Die Einsparung von Wickelmetall steht in einem scheinbaren Widerspruch mit der erwähnten Tatsache, daß bei verkürzten Wickelschritten die Leiterzahl je Nute erhöht werden muß. In Wirklichkeit ist es aber so, daß durch die Verkürzung des Schrittes die gestreckte Länge einer Wicklungsphase kürzer wird (die Entfernung von Nute zu Nute wird j a kürzer) und hierdurch der Mehrbedarf durch die erhöhte Leiterzahl nicht nur ausgeglichen, sondern darüber hinaus noch Wickelmetall gespart wird. Allerdings trifft dies nur bei Kürzungen zu, die nicht weniger als etwa 8 0 % des ungesehnten Wickelschrittes ( = Polteilung) betragen. Es ist daher erklärlich, daß seitens der Instandsetzungsfachleute der verständliche Wunsch besteht, dieser Vorteile durch Änderung einer vorgefundenen Wicklungsart teilhaftig zu werden. Hierzu ist es aber notwendig, daß die prozentuale Erhöhung der Leiterzahl je Nute je nach dem Ausmaß der Sehnung richtig festgelegt wird und zur Anwendung kommt. Maßgebend für die prozentuale Leiterzahlerhöhung ist das Maß, um welchen Betrag die Kürzung (Sehnung) vorgenommen wird. Bei einer 4 poligen Wicklung mit 36 Nuten und einer Zweischichten Wicklung mit Spulen gleicher Weite findet man oft den Wickelschritt 1—8. Der ungesehnte Schritt würde 36 : 4 = 9 (also 1—10) betragen. Bei Schritt 1—8 ist der ungesehnte Schritt also um 2 Nuten verkürzt. Derselbe beträgt daher 7/9 = 77,8% des ungesehnten Wickelschrittes. In diesem Falle muß die Leiterzahl des ungesehnten Schrittes um 6 — 7 % erhöht werden. Die Auswirkung der Sehnung tritt um so geringer in Erscheinung, je geringer die Polzahl und je höher die Nutenzahl ist. Umgekehrt tritt das Ergebnis der Kürzung um so stärker hervor, je höher die Polzahl und je geringer die Nutenzahl ist. Kürzt man beispielsweise bei einer 4poligen Wicklung mit 24 Nuten den ungesehnten Schritt (24 : 4 = 6, also 1—7) um 2 Nuten auf 1—5, dann beträgt die Kürzung 4/6 = 66,7% vom ungesehnten Wickelschritt. Die Leiterzahlerhöhung beträgt dann = 15—16% der ungesehnten Leiterzahl, also wesentlich mehr, als bei 36 Nuten 4polig. Wird dagegen bei einer 2 poligen Wicklung und 36 Nuten der Wickelschritt von 1—19 (ungesehnt) auf 1—17 verkürzt, dann braucht die ungesehnte Leiterzahl nur um etwa 1,5% erhöht werden. 348

Die prozentuale Erhöhung steigt sehr schnell höher, wenn die Sehnung weniger als etwa 80 % des ungesehnten Schrittes ausmacht. Der Einfachheit halber sollen nachstehend die prozentualen Erhöhungen der Leiterzahl je Nute für 2, 4, 6polige Dreiphasenwicklungen angeschrieben werden (siehe Spalten 7, 10, 13):

2 pol.

Nutenzahlbei: o

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12 24

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Q. CO

o Q. OO

5

W.Schr.

zh

§

Zh

W.Schr.

S

zh

1 7 1 4

0,966 0% 0,684 4 1 , 2 %

1:6

0,934

3,6%

1:5

0,837

15,4%

18 36 54 72

1 10 1 7

0,96 0,832

0% 15,2%

1 :9 1 :6

0,945 1,5% 0,735 3 0 , 8 %

1:8

0,902

6,4%

24 48 72 96

1 13 1 10 1 7

0,958 0,885 0,678

0% 8,2% 41%

1 : 12 1:9

0,946 0,83

1,2% 1 : 1 1 15,4% 1 : 8

0,926 0,76

3,6% 26%

30 60 90

1 16 1 13 1 10

0,957 0 % 0,91 5,1% 0,774 2 3 , 7 %

1 : 15 1 : 12 1 :9

0,947 0,874 0,71

1% 1 : 1 4 9,5% 1:11 35%

0,935 0,829

2,3% 15,2%

36 72

1 19 1 16 1 13

0,956 0,923 0,829

1 : 18 1 : 15 1 : 12

0,947 0,898 0,783

0,8% 6,3% 22%

1 : 17 1 : 14 1:11

0,942 1,5% 0,866 10,2% 0,732 3 0 , 8 %

48 96

1 1 1 1

0,955 0 % 0,937 1,9% 0,881 8,2% 0,794 2 0 , 2 %

1 1 1 1

0,948 0,923 0,856 0,757

0,8% 1 :23 3,3% 1 :20 11,4% 1 : 17 2 6 % 1 : 14

0,944 1,2% 0,902 6% 0,827 15,2% 0,716 3 3 , 1 %

1

2

36 48

W.Schr.

3

4

25 22 19 16 5

6

0 %

3,5% 15,2%

7

|

:24 :21 : 18 : 15 8

9

10

11

12

13

Aus dem Beispiel 2polig 36 Nuten ist ersichtlich, daß die Verkürzung des Wickelschrittes recht erheblich sein kann. Es kommt im Einzelfalle darauf an, was durch die Sehnung erreicht werden soll. In der Regel wird aber die Sehnung auf etwa 80% des ungesehnten Schrittes (z. B . bei 36 Nuten 4polig auf 1—8) festgelegt. In Sonderfällen findet man jedoch, daß der Hersteller des Motors den Wickelschritt wesentlich kürzer gewählt hat. Es handelt sich dann um Spezialmotoren, die beispielsweise hinsichtlich der Geräusche hohen Anforderungen entsprechen sollen (z. B. Setzmaschinenmotoren, Kühlschrankmotoren u. a.). 349

Der Aufwand an Leitermetall ist bei solchen Motoren folgerichtig höher, da, wie aus den Tabellen hervorgeht, die prozentuale Erhöhung der Leiterzahl bei solchen Verkürzungen erheblich ins Gewicht fällt. Es ist erklärlich, daß durch die Einsparung von Leitermetall auch die sogenannten Kupferverluste in der Ständerwicklung geringer werden (Verkürzung der gestreckten Drahtlänge einer Wicklungsphase). Die Herabsetzung der Kupferverluste ist aber gleichbedeutend mit einer Erhöhung des Wirkungsgrades des Motors. Es sollen nun die Vorteile der Sehnung des Wickelschrittes bei Dreiphasenwicklungen nochmals zusammengefaßt werden: V o r t e i l e der v e r k ü r z t e n W i c k e l s c h r i t t e 1. Bei Kürzungen bis etwa 80% des ungesehnten Schrittes wird Leitermetall eingespart. 2. Hierdurch wird der Wirkungsgrad des Motors durch Herabsetzung der Ständer-Kupferverluste erhöht. 3. Die schädlichen Oberwellen in der Ständerwicklung, die den störungsfreien Anlauf der Käfigläufer und die Geräuschbildung beeinflussen, werden unterdrückt. 4. Die Wickelköpfe auf den Stirnseiten der Ständer werden kleiner. Sie benötigen daher einen kleineren Wickelraum, als bei ungesehnten Wicklungen. 5. Verkürzte Spulen erleichtern die Wickelarbeit, besonders bei 2 poligen Motoren. Daher Herabsetzung der Arbeitszeit und des Gestehungspreises der Wicklung. Die vorstehende Zusammenfassung der Vorteile des gesehnten Wickelschrittes läßt in aller Deutlichkeit den wirtschaftlichen Wert dieser Maßnahme erkennen. Die Darlegungen lassen aber auch keinen Zweifel darüber, daß die Wahl der Wicklungsart und des Wickelschrittes bei Dreiphasenwicklungen wohlüberlegt werden muß. Die in einer Instandsetzungswerkstatt elektrischer Maschinen anfallenden Arbeiten gehen über die einfache Nachbildung einer vorgefundenen Wicklung heute weit hinaus. Die Anforderungen, die an den verantwortlichen Leiter der Wickelei gestellt werden müssen sind mit der Zeit der Entwicklungsjahre erheblich gestiegen und steigen unentwegt weiter, wie aus den vorstehenden Darlegungen hervorgeht.

350

Dreiphasen-Zweischichten-Schleifen-Stabwicklungen mit gesehntem Wickelschritt Die aus der Gleichstrom-Ankerwickelei bekannte ZweischichtenSchleifenwicklung wird als aufgeschnittene, in 3 Wicklungssträngen zerlegte Zweischichtenwicklung auch in der Drehstromwickelei angewandt. Um hierbei aller Vorteile der Zweischichtenwicklung teilhaftig zu werden, wird in gegebenen Fällen auch von dem gesehnten (verkürzten) Wickelschritt Gebrauch gemacht. Als Beispiel soll nachstehend der Entwurf einer 2-poligen Dreiphasen-Zweischichten-Stabwicklung mit 18 Nuten, je Nute 6 Stäbe, total also 18 • 6 = 108 Stäben, einer Betrachtung unterzogen werden. Zu diesem Zweck werden die Stäbe von 1—108 beziffert und hierbei davon ausgegangen, daß die ungeraden Stabzahlen — oben —, und die geraden Stabzahlen — unten — in den Nuten liegen (Abb. 308). Der ungesehnte Wickelschritt ergibt sich aus: Stabzahl 108 Stäbe 108 „ r „ r„ = = = 54 — 1 = 53 (1 + 53 = 54 Polzah 2 Pole 2 Nach der Verteilungstafel (Abb. 308) liegt der Stab - 1 - in Nute - 1 (links oben) und der Stab 54 in Nute - 9 - (rechts unten). Im vorliegenden Falle wurde der gesehnte Wickelschritt Stab 1 -)- 43 = 44 angewandt. Stab 44 liegt (um 1 Nut verkürzt) in Nute 8 (links unten). Die 3 Phasenanfänge liegen am Läuferumfang um 120° voneinander entfernt (oben in den Nuten). Die Form der Stäbe ergibt sich bei der Schleifenwicklung 1 ) aus Abb. 309. Das vollständige Wicklungsschaltbild zeigt Abb.-5-, Zum Vergleich ist in Abb. 310 die Stabform und der Wicklungsverlauf einer Dreiphasen-Zweischichten-Reihen-Stabwicklung dargegestellt. Nach der Tabelle, Abb. 311 entfallen je Phase bzw. Wicklungsstrang 108:3 = 36 Stäbe, wovon 18 Stäbe im fortschreitenden und 18 Stäbe im rückschreitenden Sinne in Serie geschaltet sind. Die Phase U — X beginnt mit Stab Nr. -1- in Nute -1- (links oben). Bezogen auf die Stabzahl -108- ist der Wickelschritt = ± 43 / — 41. Der Wicklungsverlauf für die obere Phasenhälfte (Stranghälfte) ergibt sich aus: (1) + 43 = (44) — 41 = (3) + (43) = (46) — 41 = (5) + 43 = (48) — 41 = (7) + 43 = (50) — 41 = (9) + 43 = (52) — 41 = (11) + 43 = (54)—41 =(13) + 4 3 = (56) —41 = (15) + 43 = (58) —41 = (17) +43=(60). Für Reihen-Stabwicklungen siehe Raskop „Das Berechnungsbuch des Elektromaschinenbauers" 8. Aufl., S. 93 und 103.

351

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+4 M ig (unten)

Abb. 3 0 9 . Stabform und W i c k lungsverlatif bei Schleifenwicklungen

Abb. 3 1 0 . Wicklungsverlauf bei einer Dreiphasen-ZweischichtenReihen-Stabwicklung (Vergleich zur Schleifenwicklung)

Der Umkehrschritt ist (36 + 18) = — 54. Stab-Nr. (60) — 54 = (6) (Umkehrverbindung) I I Die untere Stranghälfte wird mit dem — Zeichen wie folgt errechnet. Schritt — 43, + 41. (6) — 43 = 6 — 37 = 108 Stäbe — 37 = Stab (71) + 41 = 112, 108 Stäbe = (4) = 43 — 4 = 39 = 108 — 39 = (69} + 14 = 110 — 1 0 8 = (2) 43 — 2 = 41 = 108 Stäbe — 41 = (67) + 41 = (108* — 43 = (65) + 41 = (106) — 43 = (63) + 41 = (104) —43 = (61) + 41 = (102} — 43 = (59) + 41 = (100) — 43 = (57) + 41 = (98) — 43 = (55) Kontrolle: Addiert man zu dem Anfangsstab -1- die Schrittzahl -54-, dann ergibt sich der Endstab einer Phase aus (1) + 54 = (55), Phase V — Y = 73 + 54 = 127 — 108 Stäbe = (19), Phase W — Z = 37 + 54 = (91). Die Anfangsstäbe der 3 Wicklungsstränge werden durch Addition der Zahl 108:3 = (36) ermittelt. Stab (1) + 36 = (37) + 36 = (73). Es wurde absichtlich ein Beispiel mit mehr als 2 Stäben/Nute gewählt. Von anderer Seite wurde ein Verfahren angegeben, nach welchem 23

Raskop,

Katechismus, 13. Aufl.

353

Phase U - X

Abb. 311. 2polige Dreiphasen-Zweischichten-Schleifen-Stabwicklung mit gesehntem Wickelschritt (Nute 1—8, Stab 1—44), 18 Nuten, 108 Stäbe, je Nute 6 Stäbe, je Wickelstrang 2. 18 = 36 Stäbe. (Entspricht der 2poligen SSW-Type R)

die Nutenzahl zugrundegelegt und die örtliche Lage der einzelnen Stäbe bezogen auf die Nutenzahl errechnet wird. Dieses Verfahren reicht nicht aus, wenn je Nute mehr als 2 Stäbe (z. B. 4, 6, 8 usw. Stäbe) vorhanden sind. In diesen Fällen kann die örtliche Lage der Stäbe in den Nuten nur unter Zugrundelegung der effektiven Stabzahl, wie vorstehend dargelegt, ermittelt werden. Für die Herstellung der Wicklung enthält das Schema gemäß Abb. -1- die erforderlichen Werkstattangaben. 354

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Abb. 364. Polumschaltbare Zweischichtenwicklung 8 / 6 / 4 Pole Einwicklungsausführung nach Weinert-SSW für 48 N u t e n 1 )

die Leistung des Drehstrommotors um 40—-50% sinken, wenn dieser Motor eine Arbeits- und Hilfswicklung erhält und an Einphasen-Wechselstrom angeschlossen wird. Ganz abgesehen davon, daß Einphasenmotoren an der Leistung gemessen immer teurer sind als Drehstrommotoren gleicher Leistung, wird man sich nur ungern entschließen, einen Drehstrommotor in einen Einphasen-Wechselstrommotor umzuwickeln. Wenn aber berücksichtigt wird, daß Einphasenmotoren nur selten auf dem Motorenmarkt erscheinen, so wird doch vielfach die Frage zu prüfen sein, ob man in eiligen Fällen nicht besser einen vorhandenen Drehstrommotor als Einphasenmotor umarbeiten soll. Diese Frage wird um so schneller geklärt, wenn daran gedacht wird, daß jeder normale Drehstrommotor ohne Änderung der Wicklungen als Einphasenmotor benutzt werden kann. Es ist natürlich nicht zu vermeiden, daß ein Teil der Drehstromwicklung alsdann nur als Hilfswicklung für den Anlauf des Läufers Verwendung findet und während der Arbeitsleistung Polumschalter hierzu Seite 414.

412

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w i z W Abb. 365. Polumschaltbare Dreiphasen-Zweischichtenwicklung f ü r 3 Drehzahlstufen: 450/680/900 U/min, 50 Hz, 12/6/6polig 36 Nuten, Nutenschrift: 1 - 4 , 18 Zweifachspulen, je Strang 6 Zweifachspulen, 9 Klemmen erforderlich, Schalt u n g : Dreieck (12polig), Doppelstern (6polig), Doppel-Dreieck (6polig). Die Drehzahl 680 U/min wird durch den Läuferschlupf erreicht. (Drehstrommotor 0,28 kW, 380 V. 50 Hz. Ziehl-Abbeg.)

413

Abb. 366 Schaltverbindungen zwischen Polumschalter u. Wicklung für einen SSW-Drehstrommotor 8/6/4 Pole mit Weinert-Schaltung. Rechts- und Linkslauf

414

Abb. 367 Ausführungsbeispiele und Prinzipschaltungen polumschaltbarer Drehstrommotoren

l Wicklung. 2 Drehzahlen 6 Klemmen,

A/A-

Schaltung

IV

Oahbndtr Schaltung

V V' |>WVa

OOo

U a Va Wa

Niedrige Netzanschluß A-

Drehzahl RSTan UVtV Schaltung

Hohe Drehzahl Netzanschluß RSTan Ua fa A --Schaltung

h'a

2 getrennte Wicklungen, Wicklung I mit Polumscha/tunQ 3 Drehzahlen,

9 Klemmen

Wicklung I

A/A/A-Schaltung Wicklung R

UoOVaO OWa

Ub°Vb° °Wt

Niedrigste Drehzah Netzanschluß RSTan UVW Schaltung, 2 Gr in Serie

UaoWlo oWa Höchste Drehzahl Netzanschluß RSTan Ub Vb Wb Schaltung, ¿Or t!

U Vw o o o Mittlere Drehzahl Netzanschluß RSTan Uo Va Wa Schaltung, normal

415

¿ getrennte Wiek tun gen. iec/e mit 4 Drehzahlen, 12 Klemmen, A/A/A/A

Uro Wo oWr' Ü"!

UtoVto oWi

l/co Mro etile

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5g 0 Umdreh. Netzanschluß RSTan UVW & -Schaltung, 2 Gr. m Serie-

Polumschaltuna Schaltung

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Ub.W»

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1500 Umdreh. Netzanschluß RSTan Uc Vc Wc A- Schaltung, 20r. II

2 getrennte Wicklungen, Wicklung I mit Polumschattung 3 Drehzahlen, 9 Klemmen, A/A/A-Schalfangt Wicklung I " OohlQntter Scholl£

J j

Wcktungl

UaOfeO Niedrigste Drehzahl Netzanschluß RSTon J VW A Schonung. 2Qr. in Serie

0*0 oM

U, K w-t

- W Höchste Drehz om Netzanschluß RSTan Us Ii tv, A-SchoHung^ normal

* * s/oTWw Mittlere Drehzahl Netzanschluß RS Ton Ua Va Wa h Schottung, Z Qr "

2_ getrennte Wicklungen, Wicklung I mit Polumschottung 3 Drehzahlen 9 Klemmen, a/cl/A - Schaltung

fV,

Wicklung 1 Hohlendirkhaltg

U.Of.o oU

91/

Wicklung 1

» » J1

oc

ufv.? ?w. Mittlere Drehzahl Netzanschluß RS Ton U. V, «4 A• Schaltung. 2 Gr in Serie

^ 416

'

/wSrm Höchste Drehzahl Netzanschluß RSTan Üb Vi Wb A-Schaltung l Qr u

fr. ml

\S Niedrigste Drehzahl Netzanschluß RSTan UVW A- Schaltung, normal

Bei 2 Dahlander-Wicklungen mit einem Polzahlverhältnis 1:3, z . B . 12/6—4/2 Pole, muß die Dreieckschaltung der 12/6poligen Wicklung 7 Klemmen erhalten 2 Pole Abb. 368

des Einphasenmotors unbenutzt bleibt, die Leistung des Motors also geringer wird. In Anbetracht dessen, daß auf diese Art aber die Nachfrage nach einem Einphasenmotor schnell gedeckt werden kann, wird man sich im Bedarfsfall gern dieser Verwendungsmöglichkeit erinnern und von einer Umwicklung des Motors Abstand nehmen, wenn ein Einphasenmotor geliefert werden soll. Wird ein normaler Drehstrommotor als Einphasenmotor verwendet so entfallen */, der Ständerwicklung auf die Arbeits- und x/3 auf die Hilfswicklung. Die Arbeitswicklung wird von zwei Wicklungsphasen dargestellt die^in Serie geschaltet sind. Die dritte Phase ist die Hilfswicklung, die bei Polumschaltbare Drehstrommotoren (Schaltverbindungen zwischen Motor und Umschalter) l Ständerwicklung.

2 Stufe

Drehzahlen 1

R S T SthaUunQ

O'fhiohl Pohhah!"-a

2 Ständerwicklungen.

2

Drehzahlen

2

M. *

feluaiKha/ter Schaltweg

Abb. 369a Dahlander-Schaltung. 27

Abb. 369 D r e h z a h l - V e r h . 1: 2

R a s k o p , Katechismus, 13. Aufl.

417

2 Standerwicklungen.

3 Drehzahlen

Polumschaltv

2 Standerwicklungen.

4 Drehzahlen

Polumschalter fur v Rechts-u. Linkslauf

I S T

K/emmenbrett~Stufe Sc^o/n^ PrehzoH Po/raMt„ S(halr**g

.

Motor

Motor

SdiOltwtQ Stufe

1

Schaltung

Abb.

418

370

2 A

3

4

AA

AA

Drelizahl

500

750

1000

1500

PoUalil

12

8

6

4

Abb.

371

Werkbild:

Sachsenwerk

Arbeitsleistung des Motors ausgeschaltet ist. Hat der Ständer des Drehstrommotors beispielsweise 36 Nuten, so belegt die Arbeitswicklung 24 Nuten und die Hilfswicklung 12 Nuten. Ähnlich liegt die Verteilung der Wicklungen auch bei normalen Einphasenmotoren. Die Nennleistung dieses Einphasenmotors ist um ca. 50% geringer als die ursprüngliche Leistung des Drehstrommotors. Diese Leistungsverminderung würde natürlich auch dann eintreten, wenn der Drehstrommotor als normaler Einphasenmotor umgewickelt würde. Der so hergestellte Einphasenmotor hat aber leider auch mit dem normal gewickelten Einphasenmotor die unangenehme Eigenschaft, daß der Läufer ohne besondere Schaltapparate nicht anläuft. Um den Läufer auf die normale Drehzahl zu bringen, ist eine Drosselspule und ein bifilar gewickelter Widerstand (Abb. 374) erforderlich. Diese beiden Apparate werden zusammen mit einem 2 poligen ArbcitswìckCung Hebelumschalter nach Schaltbild 312 mit den Wicklungen des Motors verbunden. Nach Einschalten des Haupthebelschalters wird der Umschalter in die Anlaufstellung gebracht. Handelt es sich um einen Motor mit Schleifringanker, so wird alsdann der Anlasser auf die Endstellung gebracht und nunmehr der Umschalter auf „Lauf" umgeschaltet. (Anlaufmethode Abb. 372 nach Hansen.) Normale Dreiphasen-Ständerwicklung Die Drosselspule besteht aus als Einphasenwicklung geschaltet einem U-förmigen, lamellierten Eisenkern aus Dynamo- oder Transformatorenblech (Abb. 313). An den freistehenden Schenkeln des Eisenkerns liegt ein Joch, welches ebenfalls aus einzelnen Blechen zusammengesetzt ist. Das Joch wird so angeordnet, daß der Luftabstand zwischen Schenkel und Joch nach Bedarf reguliert werden kann. Der U-förmige Eisenkern erhält eine Wicklung aus Dynamodraht, die nach Schaltbild 372 mit der Wicklung des Motors in Serie geschaltet und nur während des Anlaufes von Strom durchflössen wird. Die Eisenabmessungen der Drosselspule sowohl als auch die Windungszahl und Drahtstärke derselben, richten sich nach der Leistung des Motors und sind voll Fall zu Fall festzulegen. Desgleichen ist der Widerstand, der außer der Drosselspule Verwendung findet, nach den jeweilig vorliegenden Wicklungs- und Leistungsverhältnissen des Motors zu ermitteln. Man wird aber im allgemeinen nicht allein mit den errechneten Unterlagen für Drosselspule und Widerstand zum Ziele kommen, sondern wird gezwungen sein, durch eine oder mehrere Anlauf27

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proben die Größe des vorzuschaltenden Widerstandes und den Abstand des Joches von den Schenkeln der Drosselspule zu finden, wo der Anlauf des Läufers einwandfrei stattfindet. Geübte Fachleute werden nach

eAbo. 3 7 3 Eisenkern einer Drosselspule

Abb. 3 7 4 Schema für einen bifilar gewickelten Widerstand

Maßgabe der Leistung und Spannung des in Frage stehenden Motors die Abmessungen der Drosselspule schätzen und die Windungszahl derselben unter Berücksichtigung der Stromstärke praktisch ermitteln können. Auch die Daten des Widerstandes sind durch praktischen Versuch zu ermitteln, wenn die Drahtstärke an Hand des auftretenden Ständerstromes festgelegt und die vorzuschaltende Drahtlänge durch Versuch ermittelt wird.

Die Umwicklung einer größeren Gleichstrommaschine von 500 auf 250 Volt Ist die Aufgabe gestellt, eine größere Gleichstrommaschine für eine andere als die ursprüngliche Spannung umzuwickeln, so sind vor Beginn der Wickelarbeiten eine Reihe wichtiger Fragen zu klären, die nachstehend an Hand eines praktischen Beispiels behandelt werden sollen. Soweit es sich bei Umwicklungen um Maschinen mit geringen Leistungen und Pol-

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zahlen handelt, verweist Verfasser auf sein Berechnungsbuch (Verlag H. Cram, Berlin). Hier sind alle Einzelheiten erschöpfend behandelt und insbesondere ist der Gang der erforderlichen Berechnungen gemeinverständlich dargestellt. Während es sich bei Maschinen mit kleineren Leistungen und Polzahlen im allgemeinen um die Ermittlung der Windungszahlen und des Drahtquerschnittes handelt, um unter Beibehalt des Charakters der ursprünglichen Wicklung die Herstellung derselben für eine andere Spannung durchführen zu können, liegen die Verhältnisse unter Umständen wesentlich schwieriger, wenn Maschinen mit größeren Leistungen und Polzahlen in Frage kommen. Die nachstehenden Betrachtungen beziehen sich ausschließlich auf Gleichstrommaschinen, deren Ankerwicklungen als Stabwicklungen ausgeführt sind. Als Beispiel sei folgende Maschine gewählt: Gleichstromdynamo 125 kW., 500 Volt, n = 460. 228 Ampere. Polzahl (2p) = 8, Lamellenzahl = 273, Nutenzahl = 91, Stabzahl je Nute = 6, Stabquerschnitt = 30 qmm, Wickelschritt = Nute 1 in 15, Kollektorschritt = Lamelle 1 in 69. Diese Maschine soll für eine Spannung von 220/260 Volt, bei gleichbleibender Drehzahl umgewickelt werden. Den Ausgangspunkt der anzustellenden Betrachtungen für die vorzunehmende Umwicklung bilden die vorhandenen Wickeldaten. Es gilt zunächst festzustellen, welche Wicklungsart der Anker besitzt und wieviel parallele Stromzweige in der Ankerwicklung vorhanden sind. Die Form der Stäbe läßt erkennen, daß es sich nur um eine Reihen- oder Reihenparallelwicklung handeln kann, da die Schaltenden der Stäbe an der Kollektorseite auseinandergehen. Eine Parallelwicklung kommt also nicht in Frage. Unter Berücksichtigung der Spannung von 500 Volt kann als zunächstliegend angenommen werden, daß der Anker eine Reihenwicklung besitzt. Ist dies in Wirklichkeit der Fall, so muß der Kollektorschritt nach der bekannten Formel

betragen. Der Schritt reicht also von Lamelle 1 + 6 8 nach Lamelle 69. Hieraus ist zu ersehen, daß es sich tatsächlich um eine Reihenwicklung,

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und zwar um eine ungekreuzte Reihenwicklung handelt, weil in der Formel über dem Bruchstrich das —Zeichen eingesetzt wurde. Die Anzahl der parallelen Stromzweige einer Reihenwicklung ist stets = 2, ganz gleichgültig, wie groß die Polzahl der Maschine ist. Wenn demnach die Zahl der vorhandenen parallelen = 2 beträgt, so fließt in einem Ankerleiter ein Strom von 2 2 8

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Da der Querschnitt eines Ankerleiters 30 qmm beträgt, so ist die Stromdichte je qmm 114 : 30 = 3,8 Ampere. Aus dieser Kontrollrechnung geht hervor, daß die Verhältnisse für eine Reihenwicklung bei 500 Volt den Voraussetzungen entsprechen. Soll die Maschine nunmehr an Stelle von 500 Volt nur 250 Volt im Mittel abgeben, so muß unter Beibehalt der ursprünglichen Reihenwicklung die Leiterzahl um 1/2 vermindert, der Querschnitt eines Stabes aber verdoppelt werden, weil bei (siehe Raskop: Berechnungsbuch des Ankerwicklers) Umwicklungen für andere Spannungen sich die Leiterzahlen im Verhältnis zur Spannung ändern, wie dies im umgekehrten Verhältnis bei den Stromstärken der Fall ist. Da die Spannung 1/2 der ursprünglichen wird, so muß die Leiterzahl um 1/2 vermindert werden, während sich der Strom verdoppelt und der Querschnitt eines Stabes unter Beibehalt der Wicklungsart ebenfalls verdoppelt werden muß. Da es sich aber um eine Stabwicklung handelt, so könnte die Verminderung der Leiterzahl nur dann in Frage kommen, wenn die Lamellenzahl des Kollektors ebenfalls um 1/2 vermindert würde. Es käme daher eine Stabzahl von 136 in Frage. Diese Möglichkeit der Umwicklung kommt natürlich praktisch nicht in Frage, denn dann wäre das vorhandene Stabkupfer der ursprünglichen Ankerwicklung wertlos geworden und müßte durch Profil kupfer doppelten Querschnittes ersetzt und der Kollektor müßte mit 136 Lamellen hergestellt werden. Ganz abgesehen davon, daß genau genommen die Stab- und Kollektorzahl ungrade — also 135 — sein müßte, um eine 8polige Reihenwicklung bei 250 Volt herstellen zu können, wird man diesen Weg der Umwicklung schon wegen der Kostenfrage nicht beschreiten. Aus der vorhandenen Reihen wicklung kann natürlich auch keine Parallelwicklung hergestellt werden (Kollektorschritt 1 : 2 ) , wie dies geschehen könnte, wenn die Maschine 4polig wäre. Bekanntlich ist dieZahl der parallelen Stromzweige bei Parallelwicklungen gleich der Polzahl. Würde daher die Wicklung als Parallelwicklung ausgeführt, so erhielt die Ankerwicklung 8 parallele Stromzweige. Da die Zahl der parallelen Stromzweige bei Reihen-

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Wicklungen gleich 2 ist, so würde die Zahl der wirksamen Ankerleiter bei Parallelwicklung den 4. Teil von 273 und die hiermit erzeugte Spannung 500 : 4 = 125 Volt rund betragen, wenn die ursprüngliche Drehzahl beibehalten würde. Soll die vorhandene Wicklung für die Spannung von 250 Volt beibehalten werden, dergestalt, daß das Wicklungsmetall unverändert verwendet werden kann, so muß die herzustellende Wicklung 4 parallele Stromzweige erhalten. Da die Reihenwicklung bei 500 Volt bereits 2 parallele Stromzweige besitzt, so würde bei einer Reihenparallelwicklung mit 4 parallelen Stromzweigen die Zahl der wirksamen Ankerleiter 1 / 2 von denjenigen bei 500 Volt betragen. Es bleibt nun noch festzustellen, ob mit der vorhandenen Stab- und Lamellenzahl von 273 eine Reihenparallelwicklung mit vier parallelen Stromzweigen hergestellt werden kann. Ist dies der Fall, so muß das Ergebnis der anzustellenden Berechnung für den Kollektorschritt eine ganze Zahl sein. Der Kollektorschritt für die angestrebte Reihenparallelwicklung mit 4 parallelen Stromzweigen errechnet sich nach der bekannten Formel: 273 ± 2 4 und der Versuch zeigt, daß weder eine gekreuzte noch eine ungekreuzte Reihenparallelwicklung mit 4 parallelen Stromzweigen hergestellt werden kann, weil das Ergebnis sowohl mit dem -f- - als auch mit dem —Zeichen in der Formel eine gebrochene Zahl ist. Die Voraussetzungen für die Herstellung der erforderlichen Wicklung sind indessen gegeben, wenn die Lamellenzahl auf 270 vermindert wird und 3 Stäbe der Ankerwicklung blindgelegt werden. Nach der obigen Formel ist dann der Kollektorschritt: 270 — 2 — = 67 ungekreuzt (siehe Abb. 336) und die Voraussetzungen für die Herstellung der Wicklung sind gegeben. Zur Kontrolle soll die Stromdichte je Quadratmillimeter des Ankerstabes festgestellt werden. Die Maschinenstromstärke beträgt bei 250 Volt doppelt soviel als bei 500 Volt, mithin = 456 Ampere. Da die Zahl der parallelen Stromzweige bei der jetzigen Wicklung 4 beträgt, so fließt in einem Ankerstab ein Strom von: 4 5 6 : 4 = 114 Ampere,

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