Der Katechismus für die Ankerwickelei: Leitfaden für die Herstellung der Wicklungen an elektrischen Maschinen, Transformatoren und Starkstromapparaten [10. Aufl. (31.-34. tsd.), Reprint 2020] 9783112317167, 9783112305898

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RASKOP

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KATECHISMUS

10. A U F L A G E

Der Katechismus für die Ankerwickelei Leitfaden für die Herstellung der Wicklungen an elektrischen Maschinen, Transformatoren und Starkstromapparaten Von Zivilingenieur

Fritz Raskop

Zehnte Auflage Mit 299 Abbildungen und Wicklungs-Schaltbildern 3 1 . - 3 4 . Tausend

Technischer V e r l a g H e r b e r t C r a m , Berlin 19 5 1

Satz: Walter de Gruyter & Co., Berlin W 35 Druck: „Buchkunst", Berlin W 35

Inhaltsverzeichnis I. Die Ausnutzung des Wickelraumes bei Gleichstromanker und Drehstromständer Das aktive und passive Material der elektrischen Maschinen . . . Das magnetisch und elektrisch beanspruchte Material Die Aufgaben des Konstrukteurs beim Entwerfen elektrischer Maschinen Der R a u m zur Aufnahme der Wicklung bei Gleichstromanker Die Abmessungen des Wickeldrahtes Die Ausnutzung des Wickelraumes bei Gleichstromanker mit Handwicklung Störungen, Vibration der Maschine infolge nicht ausgewuchteter Wicklung Anleitung zur richtigen Ausnutzung des Wickelraumes bei Gleichstromanker Merkmale f ü r die Beurteilung der Ausführbarkeit mehrerer Handwicklungen Die Ausnutzung des Wickelraumes bei Gleichstromanker mit Schablonenwicklung Die richtige Form der Schablonenspule Eine Metallspulenschablone mit verstellbarer Anordnung der Formteile Die Ausführbarkeit der Schablonenwicklungen Die Ausnutzung des Raumes zur Unterbringung der Schaltdrähte bei Gleichstromanker mit Schablonenwicklung

Seite

4 4 4 4 4 5

Anleitung zur Ausführung von Schaltungen Drehstrommaschinen Die Raumverhältnisse zur Unterbringung der W i c k l u n g . . Hilfsmittel f ü r zweckmäßige Raumausnutzung Ausführungsarten f ü r 2-polige Dreiphasenwicklungen Verschiedene Ausführungsarten der Ständerwicklungen Die Form der Gruppen Die Isolation der Wicklungen an Hochspannungsmaschinen Die Befestigung der Schaltverbindungen

Seite

18 19 19 20 21 26 27 30 30

6 6 7 8 9 12 12 13

17

Hilfswerkzeuge und die Anwendung derselben in der Ankerwickelei . A. D a s B a n d a g i e r e n Die Stärke des Bandagendrahtes, Material Zuschneiden der Isolationsstreifen als Bandagenunterlagen Das Bandagieren auf der Drehbank Das Bandagieren auf Böcken Das Bandagieren der Läufer bei Großmaschinen B. D i e w i r t s c h a f t l i c h e H e r stellung von L ö t v e r b i n d u n g e n , Lötkolbenformen . . C. D i e E n t f e r n u n g d e s G l i m mers zwischen den Lamellen eines Kollektors D. V o r r i c h t u n g z u m E i n - u n d Auspressen von Lagerbüchsen

33 35 35 35 35 36 37 39 41 43

V

Seite

III. Die praktischen Arbeitsvorgänge beim Bau elektrischer Maschinen Das Ausschneiden und Stanzen der S t ä n d e r - u n d L ä u f e r b l e c h e

47

Neuzeitliche Stanztechnik Elektromaschinenbau

50

Schnellaufende schine

im

Nuten-Stanzma-

D a s S c h i c h t e n der Ständerbleche

53 Läufer-

und 54

D a s Bekleben bzw. Lackieren von Dynamoblechen

56

Die Ankerwickelei triebe

61

der

67

Silikon-Isolierlacke

84

Gütemäßige Leistungssteigerung durch V a k u u m - I m p r ä g n i e r u n g

86

der

Gleich-

Drehstrommaschinen

114

D i e B e r e c h n u n g der D r e h z a h l bei Gleichstrommaschinen

115

D i e B e r e c h n u n g der D r e h z a h l bei Drehstrommaschinen

116

Wissenswerte theoretische E i n z e l heiten konstruktiver Natur A. A l l g e m e i n e s

Welchen Beitrag kann der Elektrom a s c h i n e n b a u e r z u r L ö s u n g des Lackdrahtproblemes l e i s t e n . . . D i e D i m e n s i o n i e r u n g des a k t i v e n E i s e n s u n d d e r W i c k e l r ä u m e bei Drehstrommotoren deutscher, russischer und amerikanischer Herkunft

89

Prüffeld und Prüffeldarbeiten

95

88

117

Maschinen mit Zinkminiumwicklungen B.

und

Alu118

Gleichstrommaschinen Konstruktionsbedingungen . . .

119

5 Beispiele: Funkenbildungen, hervorgerufen durch unsachgemäße Instandsetzung 119

96

Prüfspannungen

98

Isolationsprüfung

99

D i e B e d e u t u n g des L e i s t u n g s f a k t o r s u n d W i r k u n g s g r a d e s f ü r den Instandsetzungsfachmann . . . . 100 Tabellen über Normwerte für Wirkungsgrad und Leistungsfaktor 101 Der Magnetisierungs-, Leerlaufund K u r z s c h l u ß s t r o m bei D r e h strommotoren 103 VI

Drehzahlen

und

IV. 74

Zulässige Temperaturerhöhungen an Wicklungen

D i e B e s t i m m u n g des W i r k u n g s g r a d e s an D r e h s t r o m m o t o r e n . 111 Rechnungsbeispiel an einem 2,5PS-Drehstrommotor 112

68

D a s Aufbringen der Isolation und d i e dazu b e n ö t i g t e n I s o l i e r l a c k e

..

D i e E r m i t t l u n g des M e ß s c h r i t t e s bei G l e i c h s t r o m a n k e r m i t P a rallel-, R e i h e n - , R e i h e n p a r a l l e l wicklungen 109

Die

Großbe-

Herstellung der NiederspannungsZ y l i n d e r w i c k l u n g f ü r einen 8 0 0 kVA-Drehstrom-Transformator Imprägniereinrichtungen und Trockenöfen

Seite B e s t i m m u n g des p r a k t i s c h e n W i r k u n g s g r a d e s an G l e i c h u n d D r e h s t r o m m a s c h i n e n 107 D i e V e r l u s t e in den W i c k l u n g e n 1 0 8 Die Messung des Ankerwiderstandes 108

Der Drahtquerschnitt lungen

der

Wick122

Berechnungsbeispiele zur E r m i t t lung des Durchmessers der Wickeldrähte von Anker- und Magnetwicklungen 122 Die Querschnittsverhältnisse Wickeldrähte bei: 1. M a s c h i n e n Betrieb

für

2 . M a s c h i n e n in Ausführung

der

kurzzeitigen 125 geschlossener

D i e K ü h l u n g der W i c k l u n g e n

125 ...

125

Magnetwicklung Nebenschlußstrom Feldamperewindungen

125

Die B e r e c h n u n g des W i c k e l schrittes 1. Parallel) 2. Reihen> Wicklungen 3. Reihenparallel-J Die B e r e c h n u n g des Kollektorschrittes 1. Parallel1 2. Reihen} Wicklungen 3. Reihenparallel-J Ausgleichringe an Parallelwicklungen Die Herstellung der Kollektorverbindungen

Seite

127

133 137 138

Verstellbares Wickelgerät für Mehrfachspulen ungleicher Weiten 195 Die Träufelwicklung und ihre Bedeutung für Instandsetzungswerke ' . . 201 Schaltbilder f ü r Dreiphasen-Einschicht-Träufelwicklungen . . . 208 Im Schleuderguß hergestellte Dreiphasenwicklungen 212 Die Zweischichten-FormspulenWicklungen f ü r Drehstrom . . . 217

V. Umschalten der Wicklungen eines Gleichstrommotors von 220 auf 110 Volt Spannung Umwicklung von Drehstrommotoren für andere Drehzahlen . . . . Dreiphasen-Bruchlochwicklungen Tabelle über Nutenzahlen für mehrere Polzahlen Tabelle über die Ausführbarkeit von Dreiphasen-Bruchlochwicklungen Schaltbilder über DreiphasenBruchlochwicklungen Tabelle über Polzahlen und zugehörige Drehzahlen Drehstrommotoren Stern- und Dreieckschaltungen Die Berechnung der Läuferspannung Die Berechnung der Stromstärke im Läufer Parallelschaltung der Drehstromwicklungen Die Zweiphasen-Läuferwicklung bei Drehstrommotoren Anormale Drehstromläufer-Stabwicklungen Anormale Dreiphasenwicklungen Die Bedeutung der m a ß - u n d formgerechten Gestaltung von Mehrfachspulen ungleicher Weiten f ü r Ein- und Zweischichtenwicklungen

Seite

Tabelle über Arbeitszeiten und Lohnkosten f ü r die Herstellung von Drehstromwicklungen . . . 193

140

Schematische Darstellung von Zweischichten - Formspulen Wicklungen 220

142 144

Der verkürzte (gesehnte) Wickelschritt bei Dreiphasenwicklungen 243

144 145 146

Tabelle über die Erhöhung der Leiterzahlen bei verkürzten Wickelschritten an Dreiphasenwicklungen 247 Vereinfachte Schaltbilder f ü r Dreiphasen-Zweischichten- Wicklungen 2-, 4-, 6-, 8polig 249

170 179 |

Desgl. f ü r polumschaltbare Wicklungen 261 Drehstrommotoren mit polumschaltbaren Wicklungen 264 Die Dahlander-Schaltung 267 Prinzipschaltbilder der Dahlanderschaltung 268 Schaltbilder für polumschaltbare Dreiphasen-Wicklungen... 272—298 Die Verwendung eines normalen Drehstrommotors als EinphasenWechselstrommotor 288 Die Umwicklung einer größeren Gleichstrommaschine von 500 auf 250 Volt 301

184

Tabelle Nr. 1: Zum Umrechnen der Drahtquerschnitte bei Wicklungen mit 2 oder 3 parallel geschalteten Leitern 306

153 156 158 158 159 162

VII

Seite

Tabelle Nr. 2 : Stromverbrauch der Gleich- und Drehstrommotoren 307 Die Ursache des schlechten Anlaufes der Kurzschlußläufer bei Drehstrommotoren 308 VI. Die Umwicklung von Schleifringläufermotoren in Käfigläufermotoren Leitwertverhältnisse Aluminium— Kupfer Die Bedeutung des statischen und dynamischen Auswuchtens umlaufender Wicklungskörper . . . Die wickeltechnischen Voraussetzungen f ü r eine möglichst vollkommene Auswuchtung

317 318 327 329

VII. Die Instandsetzung von Kleinmotoren 336 Die Bedeutung des Lackdrahtes und die Imprägnierung der Lackdrahtwicklungen im Kleinmotorenbau und Instandsetzung 338 Das Blankmachen der Schaltenden bei Lackdrahtwicklungen . . . . 351

VIII

Seite

Schaltbilder f ü r Einphasen-Wechselstrommotoren 354—365 Wickeldaten f ü r Kleinmotoren . . 367 Magnetkupplungen f ü r EinphasenAsynchronmotoren 362 Bemessung der Kondensatoren bei Einphasen-Asynchronmotoren . 363 Neuerungen im Elektromaschinenbau, magnetisches Schaltgerät zum Abschalten der Hilfsphase bei Einphasenmotoren . . 364 Wickeldaten f ü r Universal-Kleinstkollektormotorens 370 Wickeldaten f ü r kleine EinphasenAsynchronmotoren 373 Vorrichtung zum Abbau beschädigter Wicklungen 375 VIII. Werbung im Elektromaschinenbauer-Handwerk 378 IX. Auszug aus den Regeln f ü r Bewertung und P r ü f u n g elektrischer Maschinen (REM) 385

Vorwort zur 10. Auflage. Wenn ein Fachbuch — zumal ein solches für eine eng umgrenzte Sparte wie das Elektromaschinenbauerhandwerk — seine 10. Auflage (31. bis 34. Tausend) erlebt, dann bedeutet dieses einen selten großen Erfolg für das Werk selbst, aber auch eine erhöhte Verpflichtung für den Verfasser und für den Verlag, daß dem Werke bisher entgegengebrachte Vertrauen durch sichtbare Leistungen zu würdigen und weiterhin zu rechtfertigen. Der Verfasser hat versucht, durch eine sorgfältige Überarbeitung und Ergänzung des Fachtextes seiner Verpflichtung nachzukommen und gleichzeitig seinem Dank an den großen Kreis der Katechismusfreunde Ausdruck zu verleihen. Der Verlag hat keine Mühe und keine Kosten gescheut, der 10. Auflage eine würdige Ausstattung mit auf dem Weg zu geben. Seit 30 Jahren befindet sich der „Katechismus" in den Händen vieler tausend Fachleute im In- und Auslande und 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 durch die 10. Auflage erweitert und vertieft werden mögen. (22a)

Krefeld, Westparkstraße 17.

Im November 1949.

II

R a s k o p , Katechismus 10. Aufl.

Der Verfasser.

IX

Vorwort zur 6.—9. Auflage. Der „Katechismus" war ursprünglich lediglich als eine Ergänzung des vom Verfasser herausgegebenen Fachbuches: „Die Instandsetzungen an elektrischen Maschinen und Transformatoren, insbesondere die Herstellung von Wicklungen, Kollektorenbau, Fehlerbestimmung und Prüfung instandgesetzter elektrischer Maschinen" neuer Titel: „Das Elektromaschinenbauer-Handwerk") gedacht. Mit den steigenden Anforderungen, die im Rahmen der Wirtschaft an die Instandsetzungswerkstätten elektrischer Maschinen gestellt werden, erwies sich eine ständige 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. Gelegentlich des Erscheinens der 6.—9. Auflage wurden umfassende Neubearbeitungen wichtiger Abschnitte vorgenommen und neue Abschnitte ergänzend hinzugefügt. Der „Katechismus für die Ankerwickelei" hat in den Händen vieler tausend Fachleute sowohl in Deutschland, als auch im Ausland an der Aufwärtsentwicklung des Elektromaschmenbauer-Handwerkes mitgeholfen. Dieses Bewußtsein veranlaßt den Verfasser, dem großen Kreis der Freunde des vorhegenden Fachbuches für das entgegengebrachte Vertrauen und Interesse zu danken. Der außergewöhnlich große Erfolg des „Katechismus", der sinnfällig durch das Erscheinen der 9. Auflage erneut unter Beweis gestellt wird, ist dem Verfasser eine Verpflichtung, an der weiteren Ausgestaltung und Verbesserung des Werkes zum Nutzen und zum Wohle des gesamten Elektromaschinenbauer-Handwerkes unentwegt zu arbeiten. Leipzig, 1940—44. 6 . - 8 . Auflage. Friesenried/Allgäu, 1947. 9. Auflage.

X

Der Verfasser

Vorwort zur 1.—5. Auflage. Das vorliegende Fachbuch enthält eine Sammlung praktischer Erfahrung und Winke für den Elektromaschinenbauer-Beruf. Es wendet sich daher insbesondere an die in der Praxis stehenden Handwerker, die sich mit der Instandsetzung und Neuwicklung elektrischer Maschinen befassen, um Meister, Geselle und Lehrling Berater und Wegweiser zu sein. Bei der Bearbeitung des Lehrstoffes hielt der Verfasser es für zweckmäßig, neben den rein praktischen Ausführungen auch theoretische Einzelheiten zu bringen, die unmittelbar mit den praktischen Arbeitsvorgängen im Zusammenhang stehen. Um hierbei dem Grundsatz „Aus der Praxis — für die Praxis" entsprechen zu können, wurden die in dem Text eingeschlossenen Berechnungsformeln vereinfacht und so angeschrieben, daß der Handwerker ohne Schwierigkeiten folgen kann. Die vorliegende 5. Auflage wurde durch Einfügung wichtiger Abschnitte über die Instandsetzung und Neuwicklung von Kleinmotoren, über das dynamische Auswuchten umlaufender Wicklungskörper und über die Werbung im Elektromaschinenbauer-Handwerk erweitert. Der übrige Text wurde neubearbeitet und ergänzt. Damit entspricht die 5. Auflage des „Katechismus" den Bestrebungen nach Leistungssteigerung im Elektromaschinenbauer-Handwerk und den Belangen der Praxis, die sich aus dem entwicklungsmäßigen Fortschritt im Elektromaschinenbau und aus den Leistungswettbewerben für Lehrlinge, Gesellen und Meister zwangsläufig ergeben. Durch die Neubearbeitung, welche die 5. Auflage erfuhr, bietet der „Katechismus" auch für die Besitzer älterer Auflagen viel Neues und Wissenswertes. Der Verlag verlieh dem Fachbuch eine vorzügliche Ausstattung, so daß sich der „Katechismus" viele neue Freunde erwerben wird.

Leipzig, im März 1937.

ii*

Der Verfasser

XI

Einleitung. Der Beruf des Elektromaschinenbauer-Handwerkers 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 vorhegenden 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, 10. Aufl.

1

bb. 1.

2

Umwicklung eines Transformators 1500 kVA, 2000 Volt von Alu. i Kupfer. Werkbild: J . Siebmanns, Dresden.

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.

i

3

I. T e i l .

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 mechanischbeanspruchten 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 R a u m 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 genau so 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 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 Holzstäbchen 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. 2 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. 2. Gleichstromanker für Lagerstelle geraten. Auch kann der Fall Handwicklung. 5

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.

\

m Abb. 3.

Qleichstromanker

für Handwicklung, mit 2 eingewickelten

Spulen.

Nimmt man nun den Anker mit der nicht ausgewuchteten Wicklung in Betrieb, so können Störungen eintreten, die sich durch Vibration 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. Im allgemeinen kann man zunächst sagen, daß die Stärke der Draht6

umspinnung 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. 3) fest auf die bereits eingewickelte Spule angedrückt werden muß, während der Teil hx lockerer hegen bleibt. Die Wickelarbeit schreitet entgegen der Pfeilrichtung Nute 1 , 2 , 3 usw. vorwärts, bis in Nute 13 die erste Nute vollgewickelt ist. Während das in Abb. 2 angedeutete Maß R mit dem Einwickeln jeder Spule zunimmt, darf das

Abb. 4.

Anker mit offenen Nuten.

bei Nute 13 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 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 Spulenlage muß von dieser überdeckt werden. Die eben genannte Isolationsscheibe wird, da sie als eine ebene Fläche angesehen werden muß, sich nicht ohne Falten an die Wölbung der Wicklung anlegen. Man zieht daher nach dem Einwickeln einer oberen Spule das Leinen glatt, schneidet die zum

7

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 aus-

Abb. 5 u. 6.

Anker mit halbgeschlossenen Nuten.

Abb. 7. Anker mit halbgeschlossenen Nuten und einer eingewickelten Spule.

gelegt sind (z. B. Fabrikate der Bergmann-Elektr.-Werke) hat der Erbauer den Raum R und die Stirnfläche des Ankers so bemessen, daß bei einiger 8

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. 4 sind demnach geeignet, hingegen dürfte bei Ausführung nach Abb. 5 die Wicklungsart Abb. 6 oder 7 vorteilhaft sein. In Abb. 7 ist also die Hälfte einer Spule nach vorwärts, die eine Hälfte nach rückwärts eingewickelt, die Wicklung wird aber auch, wie in Abb. 3 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. 4) als (bei Abb. 5) 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 und Nutenform, nur die Breite des aktiven Eisenkörpers und die Wicklungen ändern sich entsprechend. 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

Abb. 8.

Gleichstromanker.

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 9

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

Abb. 9.

Spule aus einem Gleichstromanker mit

Schablonenwicklung.

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. 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 10

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 Frage, daß die richtigen Grundabmessungen der Formspulenzwischenlage (Abb. 10) für die sachgemäße Herstellung der 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.

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

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

Abb. 13.

Spulenform mit verstellbarer Anordnung der Formteile.

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 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. Für 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 Entfernen 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. Es wird eine Formspulenwicklung wohl kaum hergestellt werden können, ohne die einzelnen Spulen bei der Wickel13

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 wagerechter 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 A. E. G. sind diese Abmessungen reichlicher wie bei anderen Erzeugnissen. Es erhellt hieraus, daß man bei den erstgenannten Ausführungen selten Schwierigkeiten mit der Wickelarbeit hat, weil die Raum Verhältnisse reichlich bemessen sind. Sind die Grundmaße (Abb. 10 oder 12) 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. 14 (bzw. Abb. 12) 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 Yx (Abb. 14, Nute 1—7) entsprechend, die zweite Spule von J^Yj ausgehend, ebenfalls dem Wickelschritt entsprechend (in Abb. 14, Nute ~4—10).

Abb. 15. Gleichstrom-Lokomotiv-Anker, AEG 100 PS, 1000 Volt. Erneuerung der Kollektoren und Neuwicklung der Anker. Werkbild: J. Siebmanns, Dresden.

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

1=3

Abb. 16.

UnbewicKeltfer 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 A. E. G„ 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 Urspungswicklung, gewählt werden muß. Innerhalb der Nuten müssen die Drähte sauber neben- und übereinander gebettet werden, und auch außerhalb der Nuten ist eine schichten-

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 empfieht 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. 21 zeigt einen vierpoligen Drehstromständer der Elektr.-A.-G. vorm. H. Poege, Chemnitz. Die unteren und oberen Gruppen sind nach dem äußeren V Durchmesser des Gehäuses zu, stark gekröpft. Um die Werkstoffkosten niedrig zu halten und gleichzeitig eine gute Kühlung der Wicklung zu gewährleisten, sind die einzelnen Gruppen nur mit je 2 Bandagen aus Abb. 20. Kordel zusammengehalten. Es ist bei derartigen Ausführungen selbstverständlich, daß der Abstand der Wick- Hilfsmitte für die Auslung von Lagerschild und Gehäuse sorgfältig gewahrt wer- nutzung des den muß. Wickelraumes. Als Hilfsmittel für die sachgemäße Fertigstellung dieser 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

Aasführungsarten für 2polige

Dreiphasenwicklungen

Gegenüberstellung verschiedener Wicklungsarten 2-poliger Ausführung zum Zwecke bestmöglichster Raumausnutzung.

O, O, 05 O, ()5 ()6 Q7 Oö 09 (XOrtO;

u

x

\w

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

insgesamt 3 Spulen.

21

()7 O , 0

u

3

1z

O , O s ( ) , ( ) 7 C), O

W

X

I

s

0 „ 0 „ 0 v 0

7

o , o

3

0 ,

w

Abb. 25. Einschichtwicklung mit Spulen gleicher Weite

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

Weite.

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

Überlappter Einbau der Anfangsspulen.

23

I.Etage

O C)

—% seines NennTabelle 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

f ü r Drehzahl = n

f ü r Drehzahl = n

3000 1500 1000 750

600

500 3000 1500 1000

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 2

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 6

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

750

600

500

0,71 0,66 0,80 0,74 0,69 0,86 0,82 0,76 0,72

75,5 73,5 1,5 79,5 77,5 75,5 2 3 80,5 80,5 79,5 77,5

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

M 10

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

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

12

2

4

6

8

10

12

Polzahl

101

leistungswertes 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 Tabelle über Normwerte für Wirkungsgrad und Leistungsfaktor normaler Drehstrom-Käfigläufermotoren offener Bauart, 3000—500 n, 50 Hertz Wirkungsgrad in % Leistung kW

PS

für Drehzahl = n

3000 1500 1000 750

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

Leistungsfaktor

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 88 89 89,5 90 90,5 90,5 91

69,5 72,5 75 77,5 79,5 81

82,5 83,5 84,5 85,5 86 86,5 86,5 87,5 88,5 89 90 90,5 90,5 91

64,5 68,5 71,5 75 77 78,5 80,5 81,5 82,5 83,5 84 85 86 87 88 89 89,5 90 90,5 91 8

für Drehzahl =

600 500 3000 1500 1000 750 0,80 0,82 0,84 0,86 0,87 0,88 0,89 0,89 0,89 0,89 0,89 84 85 84 0,89 85,5 85 0,89 86,5 86 0,90 87,5 87 0,90 88,5 88 0,90 89 88,5 0,91 89,5 89 0,91 90 90 0,91 90,5 90,5 0,91 10

12 Polzahl

102

0,69 0,71 0,73 0,75 0,82 0,77 0,83 0,78 0,85 0,80 0,73 0,76 0,79 0,80

0,86 0,81

0,87 0,87 0,87 0,87 0,87 0,88 0,89 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90

0,82 0,84 0,84 0,85 0,85 0,86

0,87 0,88 0,88 0,89 0,89 0,89

n

600

0,60 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 0,88 0,86 0,88 0,86 0,88 0,86 8

10

500

0,79 0,79 0,79 0,80

0,81

0,82 0,83 0,85 0,85 12

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 und aus den Lager-Reibungsverlusten zusammen. Bei gut eingelaufenen Lagern sind die Lager-Reibungsverluste relativ gering. Der wesentliche Faktor 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 c) aus der gestreckten Drahtlänge einer Wicklungsphase im Ständer. Die übrigen Einflüsse sollen hier nicht erwähnt werden. Wird gelegentlich einer Instandsetzung oder Neuwicklung eine 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. 103

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 Regelfälle 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 Motorentyp 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. 104

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. T a b e l l e Nr. 1 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

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

1000

„

0,5 1,5 5,5

750

„ ••

Schildm. Nennstrom 380 Volt 0,63 2,2 8,9

Leerlaufstrom ~ i —

Kurzschlußstrom — ik

Leerlautstrom in °/ 0 etwa

0,30 0,9 3,1

4,5 11 47,4

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

4,6 15,3 31.7 92,5 167

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

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

5,6 12,3 42,5 70

73 65 54 41

1,58 3,9 12,2

1,1 2,4 6,7

6,3 16 60

70 63 55

1,1 3,5 6,3 16,1 30

48 41 35 68 56 39 41 33V,

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 Leerlauf ströme 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. 105

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. 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.

106

Bestimmung des praktischen Wirkungsgrades*). 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- odei 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.

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 Bürstenwiderstand 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 eine 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 *) Siehe auch Raskop: „Berechnungsbuch des Ankerwicklers".

Seite 79.

107

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 Nebenschlußwicklung sowohl als auch in der Anker-, Compound-*) 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 NebenschluBwicklung 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.

Abb. 82.

Meßschritt an einem

* ) Doppelschluß-Wicklung.

108

Gleichstromanker.

Die Ohmschen Widerstände werden bei wannen 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. 82), d. h. diejenigen Lamellen ermitteln, an welchen die Meßdrähte angelegt werden müssen. Diese beiden Lamellen liegen entsprechend der Wicklungsart des Ankers verschieden und werden für die jeweilig vorliegende Wicklung wie nachstehend berechnet.

Abb. 83. Meßbrücke.

Parallelwicklung. Bei Kollektoren mit ungerader Lamellenzahl. „ , . Lamellenzahl 4- 1 Meßschritt = u

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. 109

Bei Kollektoren mit gerader Lamellenzahl ist der „ _ . . Lamellenzahl 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. 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

Die Meßdrähte würden also an Lamelle 1 und 32 zu legen sein. Bei Kollektoren mit gerader Lamellenzahl und ungeradem Kollektorschritt. ,, _ , . Meßschritt =

Lamellenzahl U

Bei gerader Lamellenzahl und geradem Kollektorschritt. „ „ , . Lamellenzahl Meßschritt = u

Bei ungerader Lamellenzahl und geradem Kollektorschritt. _ , . Kollektorschritt Meßschritt = u

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. 110

Der gemessene Ankerwiderstand beträgt bei warmer Wicklung 0,025 Ohm. Es ergeben sich folgende Verluste: Ankerwicklung: Magnetwicklung: Leerlauf Verluste:

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

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

40000 _ — 92 /0. 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 Leerlauf: 15 • 110

= 742 Watt = 418 „ = 1650 „ 2810 Watt

Bei 50-PS-Leistung beträgt der Wirkungsgrad: PS • 736 + demnach:

PS • 736 Summe der Verluste

50 • 736 50 • 736 + 2810

_ 36800

_

~~ 39610 ~

/o
if 15 M Ende Phase I in Nute 12 oben >j J» I I tf tf 40 tt „ III „ „ 26 „ Umkehrstab I von Nute 77— 3 unten M I I ,» i) 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 ca. 7 P S , 1000 n. Ständer: 48 Nuten, Läufer: 60 Nuten. Wir untersuchen zunächst die Ausführbarkeit der 6 poligen 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.

181

Die neun Gruppen werden nunmehr auf die 45 Nuten verteilt. Es entsteht eine Dreiphasenbruchlochwicklung mit drei unbewickelten Nuten. Jede Gruppe belegt 21/2 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 6 polige Zweiphasen-Bruchlochwicklung mit zwölf Gruppen her. Jede Gruppe belegt 21/i 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. 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 8 polige Ständerwicklung wird mit 12 Gruppen als normale Zweilochwicklung hergestellt. (4 • 12 = 48 Nuten). Wickelschema für Drehstrom-Stabläufer, 60 Nuten, 120 Stäbe, 8polig, 750 n. Schleifring I an Stab

1 16 31 46 61 76 91 106

3

18 33 48 63 78 93 108

5 20 35 50 65 80 95 110

I 4 2 109 107 94 92 79 77 64 62 49 47 34 32 19 17 - Stern.

182

Schleifring I I an Stabi 21 36 51 66 81 96 111 6

23 38 53 68 83 9» 113 8

25 40 55 70 85 100 115 10

1 1 24 22 9 7 114 112 99 97 84 82 67 69 54 52 39 37 -» Stern, 41 56 71 86 101 116 11 26

43 58 73 88 103 118 13 28

45 60 75 90 105 120 15 30

1 1 42 44 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

183

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 4 polige 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 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 Einund 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 zusätzliche 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 Holz184

Schablonen) erförderlich. 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 Erfahrung 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. 118. 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. 118. 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 Leiter quer schnitte, 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 ent185

nommenen Spulen durch die geschickte Hand des Wicklers bzw. 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. 119. Die Spule liegt nunmehr in e i n e r Ebene und entspricht nicht mehr ganz der „Idealform". Ubermaße für die

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

186

Beanspruchung des Wickeldrahtes dar. (Bei der Verwendung von Lackdrähten und kunstseideumsponnenen Drähten besonders unerwünscht). 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. 121 ist jedoch ersichtlich, daß die anschließende, zusätzliche Verformung bis zur Einbaureife (Abb. 119) bei dieser Spulen-Grundform den höchsten Aufwand an Arbeit und die höchste mechanische Beanspruchung erfordert. Ähnlich ungünstig liegen die Verhältnisse bei der Formung nach Abb. 122. Hier wird der jeweils erforderliche Spulenumfang lediglich durch 2 Formteile erreicht, die je für sich nur nach 2 Richtungen Abb. 120. verstellt werden können. Teilt man diese Formteile etwa gemäß der Abb. 123, so erhält die Spulenform 4 sektorförmige, je für sich nach 4 Richtungen verstellbare Formteile. Diese Methode ermöglicht, der angestrebten, einbaufertigen Form näher zu kommen wie aus der Darstellung Abb. 124 hervorgeht. Die punktierten Linien zeigen die tatsächliche Form, die in einem solchen Formgerät zwangsläufig entsteht. Bei der späteren Nachformung dieser Spulen (von Hand) werden die an den Rundungen beim Wickeln unter Druck stehenden Windungslagen automatisch entlastet. Die Anforderungen, die an eine einbaufertige Spulenform gestellt werden müssen, sind jedoch damit keineswegs erfüllt. Hier beginnen 187

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 jeweils vorliegenden Nutenmaßen und den Spulenhöhen sowohl bei Einschicht-, als auch bei Zweischichtenwicklungen entsprechen muß. Man erhält hierüber Klarheit, wenn man die Nutenmaße und Abb. 121. 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. 125 ist die kleinste und die größte Nute, in der Abb. 126 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 mittlere Nutenbreite (sackförmige Abb. 122. 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. 127 ist eine eingebaute Zweifachspule ungleicher Weite für eine Zweischichtenwicklung dargestellt. Die Seitenansicht hiervon entspricht etwa der Abb. 128. 188

Aus der Abb. 127 ist zunächst ersichtlich, daß die Spulenhöhe und die Spulenbreite den jeweils vorliegenden Nutenmaßen entsprechen muß. Die Spulenhöhen variieren etwa zwischen 12 und 26 mm bei Einschichtwicklungen bzw. 6 und 13 mm bei Zweischichtwicklungen (Abb. 125) 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 eingeAbb. 123. stellt werden können. Diese Forderungen werden beispielsweise nach dem in Abb. 129 dargestellten Prinzip durch sogenannte „zusätzliche Formteile" erfüllt (Konstruktionsidee des Verfassers). 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. 122 sind die Formteile nur nach 2 Richtungen, nach Abb. 123 nach 4 Richtungen verstellbar. Abb. 124. Bezogen auf den jeweils vorliegenden Wickelschritt und die erforderlichen Maße für die" Spulenumfänge (bei Mehrfachspulen ungleicher Weite) ist die zweckmäßige Spulenform aus den Abb. 119 und 129 ersichtlich.

o

P

Abb. 125.

Abb. 126.

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. 189

Die sogenannten Übermaße für die Abwinkelung der Spulenköpfe auf den Stirnseiten sind aus Abb. 119 ersichtlich. Die Spulenabstände außerhalb der Nuten verschwinden bei der zusätzlichen Handformung etwa gemäß Abb. 127. Der Wickelraum ist hier in der Regel beengt und muß daher wohlüberlegt von Fall zu Fall ausgenutzt werden, damit die

Spulenbreite

* Kröpfung kein Abstand mehr A b b . 127.

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 Weife 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. Anstelle der Bindfäden oder Bindedrähte empfiehlt der Verfasser sogenannte Halteklammern, die aus Bleiblech von etwa 1,5—2 mm 19Ö

Stärke in etwa 5—7 mm Breite und ausreichender Länge hergestellt werden können. Die beim Schneiden entstehenden scSarfen 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. 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 Spuganze Nutenhöhe lenformen 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. Je geringer die mechanische Beanspruchung des WickelAbb. 128. drahtes : a) bei der Formgebung im Wickelgerät b) bei der zusätzlichen Verformung während des Einbauens 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. 191

Spulenabstand Zahnbreite auswechselbare

Ubergang

Abb. 129.

Von berufener Seite werden folgende Lohnkosten (Stücklohn) bezogen auf Instandsetzungswerkstätten elektrischer Maschinen genannt, die unter Einsatz des Träufel-Verfahrens mit neuzeitlichen SpulenFormgeräten erzielt werden. 192

1.) L o h n k o s t e n 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 für den Einbau eines Spulensatzes, einschließlich Herstellung der Schaltung, gemäß der nachstehenden Tabelle: NutenZahl

1 kW DM

bis2,2kV\ DM

24 36 48 54

5,50 6,50 7,50

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

3—4 kW 5—6 kW DM DM 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 12,60

10,50 13,— 14,00 —

Anmerkungen: a) Die Preise der Tabelle gelten für 4polige Motoren normaler, offener Ausführung. b) Bei 2 und 6poligen Maschinen -f- 10% Aufschlag. c) Bei Zweischichtenwicklungen -f- 20% 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 Abb. 130. 7,50 DM + 20% -f 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: Abreißen 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. l3

Raskop,

Katechismus, 1U. Aufl.

193

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 a = entspricht dem Spulennbefand — Zahustegbrelte und muß einstellbar sein

h = entspricht der Nutenliöhe und muß einstellbar sein. e n t s p r i c h t der

Nutenbreite

Diese Wangenteile aussen nach ^ v e r s t e l l b a r s e i n , damit d i e Spulenhöhe " h " e i n g e s t e l l t werden kann 'IAAA*

h 88888 ooooq I i i : : :

Die F o r m t e i l e - 2 - und - 5 müssen n a c h ^ ^ \ v e r s t e l l b a r s e i n

j

damit der Spulenabstand der Einzelspulen bei Hehrfachspulen ungl. Veite m a s s g e r e c h t e i n g e s t e l l t w e r d e n kann»

litt: Abb. 131.

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 194

zweckdienliche Formgebung der Mehrfachspulen, besonders hinsichtlich der erstrebenswerten „einbaufertigen" Spuler^form bestehen auch z. Zt. noch keine einheitlichen Erkenntnisse und Auffassungen.

zusätzliche

Formte!le

\\ //// w \\\ //// Teilspulen

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T r a v e r s e n - Drehpunkt

[« (!)j) j Rändelmutter

Abb. 132. Konstruktionsidee des Verfassers

| Die Einführung der Formspulen-Träufelwicklung in den Instandsetzungswerkstätten elektrischer Maschinen erstreckt sich über einen Zeitraum von etwa 20 Jahren. Es ist erstaunlich, welche Widerstände, Hindernisse und Schwierigkeiten überbrückt werden mußten, um diesem 13*

195

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. E s 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 fast mit Sicherheit vorauszusagen, daß die endgültige, allgemeine AnRändelmutter

Führ

Abb. 133. Formteil zum Wickelgerät nach Raskop

wendung dieses Fertigungsverfahrens in relativ kurzer Zeit zwangsläufig vollzogen sein wird. 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. 19.6

WickelgerätnxhRaskop für Mehrfachspulen ungleicherWeite.

Abb. 184.

197

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

Abb. 135. Wickelgerät der Fa. H. Schümann, Lübeck;

auch um so wertvoller werden, je mehr sich die hiermit hergestellten Spulen der „Idealform" nähern. Es sind letzten Endes aber nicht die Anschaffungskosten eines solches Gerätes entscheidend, sondern der nachweisbar wirtschaftliche Erfolg, der mit dem Gerät erzielt werden kann und durch den prak198

tischen Einsatz des Gerätes gewährleistet wird. Die Anschaffungskosten müssen in einem gesunden Verhältnis zu dem Gewinn stehen, der durch Eipsparung von Arbeitszeit, Herabsetzung der Ausschußziffer und kürzere Lieferzeiten erzielt wird.

Abb. 136. Teilansicht des Wickelgerätes der Fa. H. Schümann, Lübeck.

Es soll versucht werden, die Wirtschaftlichkeit eines zeitgemäßen Spulen-Formgerätes in Zahlen auszudrücken. 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 193 an einem 4poligen 3 kW199

Drehstromständer 4,00 DM eingespart. Werden täglich 5 solcher Motoren neugewickelt, dann werden im Monat (23 Tage) 460 DM und im Jahre 5520 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.

Abb. 137. Formteile zum Wickelgerät der Fa. 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. 200

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, 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. 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. Zt. die praktische Vorführung solcher fortschrittlichen Hilfsgeräte nicht vor einem großen Forum von interessierten Fachleuten erfolgen kann, wie das alljährlich bis zum Jahre 1933 im Rahmen der Mitgliederversammlungen des damaligen RelmaVerbandes möglich war und durchgeführt wurde. 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 Träufelwicklung und ihre Bedeutung für Instandsetzungswerke. Die in allen Betrieben mit dem Schlagwort Leistungssteigerung angestrebte Herabsetzung der Gestehungskosten hat auch im Elektro-Maschinenbau einschneidende Veränderungen der Arbeitsmethode hervorgerufen. Als Ergebnis der Bestrebungen im Elektro-Maschinenbau sind in erster Linie die von den Großfirmen als DIN-Motoren auf den Markt gebrachten Maschinen zu bezeichnen, die in Fließarbeit mit hoher Auflageziffer hergestellt werden. Das Kennzeichen dieser Motoren ist „geringes Totalgewicht" und „entsprechend niedriger Preis" gegenüber der bisherigen Motoren gleicher Leistung, Drehzahl und Ausführung. Unter restloser Ausnutzung des aktiven Materials und der im Laufe der Zeit gewonnenen Erfahrungen auf 201

dem Gebiete des Elektro-Maschinenbaues stellen die DIN-Motoren ein Erzeugnis dar, welches unter dem Einfluß der Wirtschaftsverhältnisse entstanden ist und als Höchstleistung der deutschen Elektroindustrie bezeichnet werden kann. Nachdem die DIN-Motoren sich auf dem Markt befinden, sind die Verkaufsaussichten der Maschinen älterer Type schlechter geworden. Wohl sind die bisherigen Maschinen überlastungsfähigcr und in dem mechanischen Aufbau kräftiger als die DIN-Motoien. Auch hinsichtlich Wirkungsgrad und Leistungsfaktor dürfte man vielfach den bisherigen Motoren den Vorzug geben, wenn nicht der Verkaufspreis der DIN-Motoren den Ausschlag zugunsten der letzteren geben würde. Nur wenige Käufer erblicken in der Überlastungsfähigkeit und in dem kräftigeren mechanischen Aufbau der bisherigen Motoren einen Ausgleich für den (allerdings nur wenig) höheren Preis der Motoren den DIN-Motoren gegenüber. Im allgemeinen spielt tatsächlich der Verkaufspreis eine außerordentliche Rolle, und gerade diese Tatsache hat sich auch in den Instandsetzungswerken recht fühlbar ausgewirkt. Es liegt daher sehr nahe, nach besseren Arbeitsmethoden Umschau zu halten, um die Gestehungskosten der Neuwicklungen an elektrischen Maschinen den Preisen der DIN-Motoren nach Möglichkeit anzupassen. Hier bietet zweifellos die Träufelwicklung (auch Korbwicklung genannt) eine Möglichkeit, die Gestehungskosten der Ständer- und Läuferwicklungen bei Drehstrommotoren herabzusetzen, wenn es gelingt, die Voraussetzung für die Anwendung dieser Wicklungsart auch bei Motoren der bisherigen Ausführung zu schaffen. Inwieweit die Gestehungskosten der Träufelwicklung geringer sind als diejenigen der normalen Gruppen-Handwicklung, soll folgehdes Beispiel zeigen:

Arbeitszeiten für eine 5-PS-Drehstrom-Ständerwicklung 4 polig, 1500 n. a) Handwicklung: ca. 20 Std. b) Träufelwicklung: ca. 4 l / 2 Std. In den 4*/2 Stunden für die Träufelwicklung ist die Arbeitszeit für die Herstellung der Formspulen eingeschlossen. Die Zeit gilt für die Herstellung der fertig geschalteten Wicklung und beruht auf Angaben einer Firma, welche seit Jahren die Träufelwicklung bei der Reihenherstellung von Drehstrommotoren bis 7,5 PS Leistung anwendet. Wird ein Stundenlohn von 1.— M. angenommen, so belaufen sich die Löhne für die bisherige Handwicklung auf 20.— M„ diejenigen der Träufelwicklung auf 4,50 M. Aber auch dann, wenn die Gestehungskosten der Träufelwicklung 100% höher liegen würden (9,— M.), ist der Unterschied noch so außerordentlich hoch, daß die Vorteile, die mit Träufelwicklung erreicht 202

werden können, uns veranlassen müssen, über die Anwendbarkeit dieser Wicklungsart ausführliche Betrachtungen anzustellen. Schon die Tatsache, daß u. a. beispielsweise die S. S. W . die Träufelwicklung bei den DIN-Motoren anwendet, beweist, daß gerade diese Wicklungsart mit geringstem Kostenaufwand herzustellen ist, denn bei diesen Motoren spielt die Arbeitszeit eine grundlegend wichtige Rolle. Man hat also die später noch zu erwähnenden Nachteile der Träufelwicklung gern in Kauf genommen und nach sorgfältiger Erwägung aller Vor- und Nachteile die Überzeugung gewonnen, daß keine Wicklungsart in bezug auf wirtschaftliche Herstellung so geeignet ist wie die Träufelwicklung. Von dieser Feststellung ausgehend soll nachstehend die Träufelwicklung behandelt werden. Die Träufclwicklung ist bekanntlich eine Formspulcnwicklung. Die für eine Dreiphasen Einschichtwicklung in Frage kommenden Spulenzahl ist = Va der vorhandenen Nuten. Auf 24 Nuten entfallen z. B . 12 Spulen. Die Spulen sind trapezartig geformt und werden von Hand durch den Nutenschlitz in die Nuten eingeträufelt. Die Schaltung der einzelnen Spulen je Phase ist nicht so einfach wie diejenige der normalen Gruppenwicklung. Inzwischen mehren sich die Fälle, wo DIN-Motoren mit Träulelwicklung zur Instandsetzung oder Neuwicklung gegeben werden. Schon aus diesem Grunde ist es notwendig, daß alle Instandsetzungsfachleute sich mit der Herstellung und Schaltung der Träufelwicklung befassen. Die Vorteile der Träufelwicklung gegenüber der bisher angewandten Dreiphasen-Handwicklung sind kurz gefaßt folgende: 1. gleiche Längen der Spulen untereinander; 2. vorzügliche Kühlung des fertigen Wicklung und somit spezifische Beanspruchung des Leiterkupfers als bisher;

höhere

3. weniger Aufwand an Wickelmetall als bisher; 4. geringerer Arbeitszeitaufwand. Die Nachteile: 5. das Nutenvolumen muß größer sein als bei Anwendung der normalen Gruppen-Handwicklung (gleichbedeutend mit erhöhtem Aufwand an aktivem Eisen); 6. da sogenannte Wildwicklung in den Nuten, ist Durchsclilagsgefahr (Schlußbildung) bei nicht sorgfältiger Arbeit größer als bei normaler Gruppen-Handwicklung; 7. Wirkungsgrad und Leistungsfaktor fallen in der Regel bei Anwendung der Träufelwicklung etwas geringer aus als bei GruppenHandwicklung. Der Unterschied ist jedoch praktisch unwesentlich; 8. die Schaltung der Spulen je Phase ist für den Anfänger etwas schwieriger als bei Gruppen-Handwicklung.

203

Bei sachlicher Betrachtung der Nachteile fallen die scheinbaren Schwierigkeiten Ziffer 6—8 fort, weil dieselben ohne weiteres überwunden werden können. Wir haben also praktisch nur mit der unter Ziffer 5 äufgeiührten Schwierigkeit zu tun, wenn Maschinen zur Neuwicklung in Frage kommen, die bisher mit der normalen Gruppen-Handwicklung ausgerüstet waren, aber nunmehr aus Gründen der Wirtschaftlichkeit mit der Träufelwicklung versehen werden sollen. Bei Neukonstruktionen fällt selbstverständlich diese Schwierigkeit fort, da dem Erbauer anheimgegeben ist, das Nutenvolumen groß genug zu wählen. Die unter Ziffer 6 genannte Schwierigkeit ist durch sorgfältige und geschickte Wickelarbeit zu überwinden. Außerdem bietet die sachgemäße Imprägnierung des Wickeldrahtcs vor dem Wickeln und nach dem Einbau der Spulen eine Handhabe, spätere Schlußbildungen auf ein Normalmaß zu beschränken. Die Schwierigkeiten Ziffer 7 sind praktisch wegen der Geringfügigkeit belanglos. Es kommt also lediglich darauf an, Mittel und Wege zu finden, um die jeweils geforderte Leiterzahl einer Spule in dem bereits vorhandenen Nutenraum unterzubringen. Wir wollen hier sofort einen praktischen Versuch wagen und wählen als Beispiel die Ständerwicklung eines 4 poligen Dreiphasenmotors mit einer Leistung von 5,5 P S = 4 kW, 380/220 Volt, bisheriger Bauart. Das Nutenvolumen ist für normale Handwicklung vorgesehen. Der Ständer hat 48 Nuten. In jeder Nute befinden sich 52 Drähte von je 1,3 mm Durchmesser, 2 Gruppen je Phase sind parallel geschaltet (Daten gehören zum S. S. W.-Motor Type R 81 s —1500). Der Querschnitt einer Nute ist ca. 26,5 • 8 = 212 qmm. Der gesamte Kupferquerschnitt in einer Nute ist = 52 • 1,3273 = 69 qmm. Der Nutenfüllfaktor, d. i. das Verhältnis des effektiven Kupferquerschnittes in einer Nute zu dem Nutenquerschnitt, ist = 0,33. Die spezifische Belastung eines Leiters (2 parallele Drähte) ist bei einer Stromaufnahme von 8,7 Amp. (Vollaststrom bei 380 Volt). 8,7 2 i 3273 =

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3 3 Amp-

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Der praktische Nutenfüllfaktor ist bekanntlich abhängig von der Stärke der Drahtumspinnung, von der Drahtzahl je Nute und von der Fertigkeit des Wicklers. Während der eine Wickler die angegebene Drahtzahl und Drahtstärke ohne jede Schwierigkeit in einem vorhandenen Nutenraum unterbringt, hat der andere Wickler vielfach große Schwierigkeiten oder erklärt, daß es ausgeschlossen sei, die angegebene Drahtzahl unterzubringen. Nehmen wir die Durchschnittsfähigkeiten eines Wicklers an, so kann der Nutenfüllfaktor = 0,33 im vorliegenden Falle als normal bezeichnet werden Da je Phase 2 Gruppen parallel geschaltet sind, so kann die Wieklung natürlich auch mit 26 Leitern je Nute und Reihenschaltung der Grup-

204

pen ausgeführt werden, wenn der Drahtquerschnitt entsprechend stärker gewählt wird. In diesem Falle wird der Nutenfüllfaktor besser, d. h. die 26 Drähte doppelten Querschnittes beanspruchen weniger toten Wickelraum als die 52 Drähte 1,3 mm Durchmesser, sind also bequem in dem Nutenraum unterzubringen. Wir können aber noch mehr Platz in den Nuten schaffen, wenn die bisherige Umspinnung 0,3 mm Zunahme auf 0,2 mm Zunahme herabgesetzt wird. Dies wird dadurch erreicht, daß die Umspinnung des Wickeldrahtes nicht mit 60er, sondern mit 100er Baumwolle ausgeführt wird.

Abb. 138. Mehrfach-WickelgerätTfür Spulen gleicher Weite Werkbild: H. Schümann, Lübeck.

War der alte Durchmesser des umsponnenen Drahtes 1,3 + 0,3 = 1,6 mm und der Gesamtquerschnitt der 52 Drähte = 52 • 2 = 104 qmm, so würde bei Verwendung von 26 Drähten 1,8 + 0,2 Zunahme = 2,0 mm der Gesamtquerschnitt nur 26 mal 3,1416 = 82,68 qmm betragen. Wir sehen also, daß wir durch Anwendung der beiden Kniffe schon einen nicht unerheblichen Raum in den Nuten, gewonnen haben. Dieser Raum reicht aber noch nicht aus, um Träufelwicklung anwenden zu können. Wir müssen also weitere Betrachtungen anstellen und stoßen hierbei auf die vollzogene Tatsache, daß die Erwärmungsgrenzen für Wicklungen und Eisen (siehe Regeln für Bewertung und Prüfung elektrischer Maschinen V. D. E. § 39) gegen die früheren Werte heraufgesetzt worden sind. Dies hat dazu geführt, daß die Großfirmen die früheren listenmäßigen Leistungen ihrer Maschinen einfach erhöhen konnten. Der in Frage stehende Motor Type R 8 1 s — 1 5 0 0

205

entspricht hinsichtlich Erwärmung aber noch den früheren Vorschriften des V . D. E „ so daß wir den Querschnitt des Wickeldrahtes noch weiter herabsetzen können. Wählen wir auf Grund der vorstehenden Ausführungen eine Stromdichte von 4,2 Amp./qmm, so erhalten wir unter Beibehalt des Beispieles einen Drahtquerschnitt von 8 , 7 : 4,2 = 2,0 qmm. Dieser Querschnitt ent-

Abb. 139. spricht einem Drahtdurchmesser von 1,6 mm. Bei 26 Leitern je Nute und 0,2 mm (Zunahme 2 • Bw. 100er) würde der Gesamtquerschnitt 26 • 2,5447 = 66 qmm betragen. Tatsächlich weisen die DIN-Motoren 5,5 P S 1500 n bei 380 Volt in der Ständerwicklung eine Drahtstärke von 1,55—1,6 mm Durchmesser auf. Darüber hinaus ließen sich noch in besonders schwierigen Fällen Betrachtungen darüber anstellen, ob nicht auch eine Herabsetzung der vorgefundenen Leiterzahl möglich ist. Hier soll nur darauf hingewiesen werden, daß die Erbauer bezüglich Kraftliniendichte heute mit wesentlich höheren Werten rechnen, als dies früher üblich war. Das aktive Eisen wird heute höher beansprucht als früher. E s ist also durchaus möglich, die Leiterzahl eines

£06

Motors älterer Bauart herabzusetzen, ohne die zulässige Erwärmungsgrenze des aktiven Eisens überschreiten zu müssen. In diesen Fällen ist aber eine Durchrechnung des Motors erforderlich. Wir wollen nunmehr die ermittelten Werte zusammenstellen: Gegenüberstellung. Nr.

Bezeichnung

1

Drahtzahl je Nute

2 3 4

Nutenquerschnitt Niitenfüllfaktor Effektiver Kupferquerschnitt je Nute Gesamtquerschnitt der umsp. Leiter je Nute

5

Bisherige Werte

Errechnete Werte

52 Drähte 1,3 m m Q 2 Gruppen parallel 212 qmm 0,33

26 Drähte 1,6 mm Q 2 Gruppen in Serie 212 qmm 0,24—0,25

69 qmm

52 qmm

104 qmm

66,16 qmm

Nach den Werten der Spalte 5 haben wir also bei Anwendung der errechneten Wicklung 34% mehr Nutenraum zur Verfügung als bisher. Dieser Raum reicht im vorliegenden Fall theoretisch für die Herstellung der Träufelwicklung aus. Der praktische Versuch ist gemacht worden. Es hat sich bestätigt, daß durch Einführung der Träufelwicklung erhebliche Ersparnisse erzielt werden können und daß die Anwendung der Wicklungsart auch bei Maschinen älterer Ausführung durchaus möglich ist. Abb. 139 zeigt einen 28-PS-Drehstromständer der S. S. W. im halbfertigen Zustand. In Abb. 140 ist der fertiggestellte Ständer dargestellt. Zur Erleichterung der Schaltarbeit sind in Abb. 141—156 die Schaltbilder der Dreiphasen - Einschicht -TräufeKvicklung, und zwar für die gängigen Nuten- und Polzahlen wiedergegeben. Die Herstellung der Schaltung ist indessen einfacher und leichter, als man bei der Betrachtung der Schaltbilder annehmen könnte. Es empfiehlt sich, nach Fertigstellung der Wicklung sämtliche Schaltenden geradegerichtet nach außen zu stellen. Hierauf werden die drei Anfänge und die drei Enden, also diejenigen Schaltenden, die zum Klemmbrett geführt werden, zurückgebogen. Die

Abb. 140. 2.07

Nuten oder die aus den Nuten kommenden Schaltenden werden mit Ziffern bezeichnet und an Hand des unter jedem Schaltbild angeordneten Zahlenschemas miteinander verbunden. Auf diese Art ist die Schaltung in wenigen Minuten fertiggestellt. Wenn mit der Zeit die nötige Sicherheit erreicht ist, erübrigt sich die Bezifferung der Schaltenden. Man zeichnet nur noch die Anfangsnute 1 und zählt an Hand des Zahlenschemas die zu verbindenden Schaltenden ab. Es ist dringend davon abzuraten, die Schaltung durch Verfolgung des Wicklungsverlaufes auf dem Schaltbild herzustellen, weil hierbei leicht Fehler unterlaufen können. Zur Herstellung der Formspulen bedient man sich in der Regel der bekannten zweiteiligen Holzformen. Eine auf diese Art hergestellte Spule ist in Abb. 139 ersichtlich. Die Spulen haben Trapezform. Diese Form wird durch die Zwischenlage der Form gegeben. Man kann aber auch für die Spulen die Kreisform wählen und die endgültige Spulenform durch geschickte Handgriffe bei der Wickelarbeit herstellen.

2polig, 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. N u t e 6—12 „ II. „ 10— 4 „ III. „ 2—8

208

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Abb. 1 4 2 .

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Dreiphasen-Einschicht-Träufelwicklung 4 polig, 12 Nuten, 1500 n

Wickelschritt 1 — 4 , Schaltverbindungen:

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A b b . 143.

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2 pol:g, 3000 n, 18 Nuten, 9 Spulen. W i c k e l s c h r i t t : Nute 1—10.

209

2 polig, 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. Nute 10—3—12—24—15—22 „ II. „ 18—11—20—8—23—6 „ III. „ 2—19—4—16—7—14

Abb. 146.

Dreiphasen-Einschicht-Träufelwicklung 4polig, 24 Nuten, 1500 n Wickelschritt 1—8, Sternschaltung S c h a l t v e r b i n d u n g e n : Phase I. Nute 8—14—7—13—20—2 „ II. „ 12—18—11—17—24—6 „ III. „ 16—22—15—21—4—10 Anfänge in Nute 1, 5, 9 Enden „ „ 19, 23, 3

210

A b b . 146. 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 ( B r u c h l o c h w i c k l u n g ) 6polig, 24 Nuten, 1000 n Wickelschritt 1—5, S t e r n s c h a l t u n g Schalt Verbindungen: P h a s e I. N u t e 6 — 2 — 2 3 — 1 9 — 1 5 — 1 1 — 1 4 — 1 0 „ II. „ 9—13—17—21—18—22—1—5 „ III. „ 12—16—20—24—3—7—4—8

A b b . 147.

14*

Dreiphasen-Einschicht-Träufelwicklung 2 polig, 36 Nuten, 3000 n W i c k e l s c h r i t t 1—18, S t e r n s c h a l t u n g Schaltverbindungen: P h a s e I. N u t e 1 8 — 2 — 2 1 — 3 — 2 0 — 4 — 2 3 — 5 — 2 2 — 3 6 „ II. „ 30—14—33—15—32—16—35—17—34—12 „ III. „ 6—28—11—29—10—26—9—27—8—24 A n f ä n g e in N u t e 1, 13, 25 Enden „ „ 19, 31, 7

211

A b b . 148.

Dreiphasen-Einschicht-Träufelwicklung 2 polig, 36 Nuten, 3000 n Wickelschritt 1—14, Sternschaltung Schaltverbindungen: Phase I. N u t e 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 A n f ä n g e in N u t e 2, 14, 26 Enden „ „ 20, 32, 8

A b b . 149. Im Schleudergußverfahren hergestellte 4-polige Dreiphasenwicklungen (Aluminiumwicklung) Versuchsherstellung der A E G . Wien.

212

A b b . 150.

Dreiphasen-Einschicht-Träufelwicklung 4 polig, 36 Nuten, 1500 n Wickelschritt 1—10, S t e r n s c h a l t u n g Sc h a l t V e r b i n d u n g e n : Phase I.Nuten 10-2—29—21 -30—19—28—20—11—3 II. „ 16—8—35—27—36—25—34—26—17—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

A b b . 151.

Dreiphasen-Einschicht-Träufelwicklung 6 polig, 36 Nuten, 1000 n W i c k e l s c h r i t t 1—6, S t e r n s c h a l t u n g

Schaltverbindungen: Phase I. N u t e n 6 — 1 2 — 7 — 1 3 — 1 8 — 2 4 — 1 9 — 2 5 — 3 0 — 3 6 II. „ 10—16—11—17—22—28—23—29—34—4 „ III. „ 14—20—15—21—26—32—27—33—2—8 A n f ä n g e in N u t e n : 1, 5, 9 Enden „ „ : 31, 35, 3

213

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Dreiphasen-EinschichtTräufelwicklung

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Abb. 154. 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 8polig, 72 Nuten, 750 n Wickelschritt 1—10, Sternschaltung.

Abb. 156.

Dreiphasen-Einschicht-Träufelwicklung 8pollg, 72 Nuten, 750 n Wickelschritt 1—10, je Phase 2 Stränge parallel, Sternschaltung.

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R a s k o p , Katechismus. 10. Aufl.

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Abb. 185. Drehstrom • Zweischichten - Formspulenwicklung 8 polig. 4 8 Nuten. W¡del&chf¡tt 1: 7

Abb. 186.

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Abb. 187. Drehstrom - Zweischichten - Formspulenwicklung

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Der verkürzte (gesehnte) Wickelschritt bei Dreiphasenwicklungen. In den Kinderjahren des Drehstrommotors wurde der Ständer mit einer sogenannten Einschicht-Zweietagen-Wicklung mit Spulen ungleicher Weite 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 Spulen gleicher W e i t e die sich von der erstgenannten im wesentlichen dadurch unterscheidet, 243

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.Zt. 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 Z w e i s c h i c h t e n - F o r m s p u l e n - W i c k l u n g e n 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. Unter dem Begriff „verkürzte (gesehnte) Wickelschritte" versteht man in der Wickeltechnik einen Wickelschritt, der kürzer ist als die Polteilung. Die Polteilung ist bei einer 2 poligen Maschine = 180 Winkelgrade, bei einer 4poligen = 90 Winkelgrade, bei einer 6poligen = 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 Strom verlauf 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 244

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). 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 ver245

braucht 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 Wickelraum (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 ja 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 80% 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 4poligen Wicklung mit 36 Nuten und einer ZweischichtenWicklung 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, 246

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. Die prozentuale Erhöhung steigt sehr schnell höher, wenn die Sehnung weniger als etwa 80 % des ungesehnten Schrittes ausmacht. Der Einfachkeit halber sollen nachstehend die prozentualen Erhöhungen der Leiterzahl je Nute für 2 und 4polige Dreiphasenwicklungen angeschrieben werden: 2 polig 36 Nuten 1—19 = 0 1—18 = 0,4 % 1—17 = 1,52% 1—16 = 3,4 % 1—15 = 6,0 % 1—14 = 9,5 % 1—13 = 13,4 % 2polig 24 Nuten 1—13 = 0 1—12 = 1,0 % 1—11 = 3,4 % 1—10 = 7,85% 1—9 = 13,4 % ¡1—8 = 21 % 4polig 36 Nuten 1—10 = 0 1—9 = 1,5 % 1—8 = 6,0 % 1—7 = 13,4 % 4polig 24 Nuten 1—7 = 0 1—6 = 3,4 % 1—5 = 1 3 , 4 % 1—4 = 30 %

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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.). 247

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: Vorteile 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.

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Vereinfachte Schaltbilder für Dreiphasen-Zweischichten-Wicklungen, 2-, 4-, 6-, 8-polig für alle Wickelschritte und Nutenzahlen 2-polig

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