Flachdrahtwicklung

© Dr. Ralph Okon 05.03.2012

 

Experimentalmotoren

 

Angeregt durch verschiedene Fotos von Industriemaschinen und einem Uraltelektromotor im Deutschen Technikmuseum in München sowie ältere Versuche von Bastlern, haben wir 2007 erste eigene Versuche mit Flachdrahtwicklungen gemacht.
Hier ein Bild von einem 1,7x1,7 square am 18N-Megacroco.
Wegen erheblichen Problemen solchen Draht in brauchbaren Größen zu beschaffen, geriet die Sache wieder in Vergessenheit.
Der seinerzeit verwendete "quadratische" Draht ist natürlich ebenso wenig quadratisch,
wie die erhältlichen Flachdrähte wirklich rechteckig sind.

ie gezeigten Formabweichungen erschweren naturgemäß eine wirklich stimmige Querschnittsberechung / -messung ganz erheblich.
Mit etwa 95% gegenüber "Breite x Höhe" sollte man sinnvoll rechnen können.

Nichts desto Trotz bieten sie auf jeden Fall einen Füllgradvorteil bei einlagiger Bewicklung.
Bei einer 2-lagigen Bewicklung ist der Vorteil kleiner, weil sich die 2. Lage hier nicht in die Lücken der ersten legen kann und die Ein- Aus - und Übergänge beim Flachdraht wesentlich mehr Platz verbrauchen. D


Der obere der beiden gezeigten Flachdrähte ist ein industriell gefertigter, der untere stammt aus eigener Fertigung.
Wie man sieht, ist der Formfaktor nahezu identisch.

Ein Vorteil des Flachdrahtes ist die (bei sehr sorgfältiger Arbeit) evtl. größere direkte Kontaktfläche mit dem Statoreisen, was zu einer besseren Wäremeableitung aus der Wicklung zum Stator führen sollte.

Natürlich sollte man bei der Betrachtung nicht aus dem Auge verlieren, dass bei diesen Querschnitten - egal, ob in rund oder in eckig verarbeitet - der Punkt, wo in Bezug auf den Wirkungsgrad die negativen Effekte zu überwiegen beginnen, bereits überschritten ist.
Bereits bei einer Runddraht-Extremwicklung ist der Anteil der Kupferverluste an den Gesamtverlusten so klein geworden, dass an diesem Punkt erhebliche Verbesserungen ohnehin nicht mehr erwartet werden dürfen.
Nur bei einer Auslegung auf schieren Leistungsdurchsatz ist so eine Bewicklung evtl. wirklich von Vorteil.

Leider können aber schon die extremen Runddrahtwicklungen mit den herkömmlichen Akkugrößen nicht mehr so bestromt werden, dass wenigstens leistungsmäßig ein wirklicher Gewinn zu konstatieren wäre.

Auf jeden Fall sehen solche Extremwicklungen sehr eindrucksvoll aus!
Egal, ob es die letzte Steigerungsstufe beim runden oder eben der Flachdraht ist.
Und schon dass allein ist im Hobby Grund genug, sich ernsthaft damit zu befassen.

Die größte Herausforderung ist - wie schon bemerkt - die Beschaffung von Flachdrähten geeigneter Größe in den fürs Hobby nötigen Kleinmengen.
Daher haben wir (wie schon andere Bastler vor uns) einen Weg gesucht und auch gefunden, uns unsere Drähte in den benötigten Größen selbst herzustellen bzw. anzupassen.

Wie man gut sieht ist die Isolation dabei völlig unverletzt geblieben.
Einziger Nachteil: der Draht wird bei der Umwandlung wiedr hart, lässt sich jedoch noch mindestens ebenso gut wickeln, wie der runde Ausgangsdraht vor dem Abflachen.

Dieses Bild zeigt 2 Studien, auf der linken Seite wurde 2x1,6er und auf der rechten Seite 2x1,7er Draht getestet.
Die Wickelarbeit selbst bietet technisch keine großen Unterschiede zu einer Runddrahtwicklung.
Man muss lediglich ganz besonders darauf achten, dass die Drähte sich in den Slots nicht verdrehen.
Ein sauberes Ausrichten vor dem Einlegen ist extrem wichtig.
Eine gewisse Anpassung der Werkzeuge (Flachnadeln") ist von Vorteil. +
Dank der abgerundeten Ecken und der stabilen Lackschicht haben sich ursprüngliche Befürchtungen hinsichtlich der Lagensprünge und Übergänge nicht bestätigt.
Auch auf der Rückseite sieht die Wicklung weniger wild aus, als ich erwartet hatte.

Bei der Anlage der Sternpunkte habe ich auf die Erfahrungen mit sehr dicken Runddrahtwicklungen zurückgreifen können.
Hier nochmal ein Blick von der Seite.
Es ist sehr von Vorteil, wenn der Statorträger unter der Wicklung viel Platz bietet.
Die Sternpunkte liessen sich problemlos verlöten.
Der Stator auf dem Träger von oben,...
...von unten....
....und von der Seite gesehen.

Arbeiten tut eine solche Wicklung nicht wesentlich anders, als eine querschnittsgleiche Runddrahtwicklung.
Lediglich den Wirbelströmen bietet sie eine etwas erhöhte Angriffsfläche.

Da aber n% weniger Wirkungsgrad auch nur n% weniger Flugzeit bedeuten, ist das völlig egal, solange das System thermisch stabil läuft.

Ein wirklicher Vorteil konnte aber - trotz der weiteren Steigerung des Füllgrades - bisher nicht gefunden werden.
Auch das vorgeblich kühlere Laufen solcher Motoren kann durch eine Messung (nach derzeitigem Stand) nicht belegt werden.
Bei nahezu identer ns steigt der Leerlaufstrom messbar an.
Wahrscheinlich gleichen sich die hypothetisch bessere Kühlung und die zusätzlichen Verluste in etwa aus.

Ansonsten taugt sowas gegenwärtig halt nur für die "show" bzw. kaufmännisch zur Weckung eines neuen Bedarfes.
Da eine merkliche Performancesteigerung ausbleibt wäre hier wenigstens ein durchsichtiger/ möglichst offener Glockenboden echt von Vorteil - sonst sieht der Motor von aussen auch nicht anders aus, als der "Normale" ;-)

Wir nennen es "Formdraht":
Nur die erste Schlaufe wird abgeflacht und zwar so, dass sie den Slotgrunde bestmöglich ausfüllt und zudem den Wirbelströmen etwas weniger Angriffsfläche bietet.
Wenn man mit Papiereinlagen und GFK-Isoscheiben wickelt, ist es bei dieser Variante ziemlich unerheblich, ob die Isolation beim Umformen verletzt wird: der Draht ist allseitig von Papier, GFK oder unverletzter Iso auf dem Runddraht umgeben.
Hier eine komplett nach diesem Prinzip ausgeführte Spaßwicklung mit 4+3 x 2,0mm im 45XX Stator.
Bisher war für die 4+3 Wicklung beim Runddraht der 1,9er das Maximum.

 

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