In der Elektrotechnik sind Spulen wichtige elektrische Bauelemente, die unter anderem in Transformatoren, Elektromotoren oder Relais zum Einsatz kommen. In die Spulenproduktion fliessen viele unterschiedliche Einflüsse ein, sodass es schwierig ist, hier den Überblick zu behalten.
Die Auswahl des richtigen Spulentyps oder der passenden Wickeltechnik ist nicht nur von den physikalischen Anforderungen abhängig, sondern auch von den technischen und kommerziellen Eigenheiten eines jeden Projekts. Auch nachgelagerte Prozesse dürfen nicht ausser Acht gelassen werden.
Die kundenspezifische Spulenproduktion hängt von verschiedensten Faktoren ab, die weit über die Spule an sich hinaus gehen.
Bei der Auswahl eines Spulenherstellers sollte daher beachtet werden, dass nicht nur die präzise Spulenproduktion gewährleistet ist – sondern auch, welche Beratungsleistungen der Spulenlieferant hinsichtlich Machbarkeit und Serienreife anbietet und ob zusätzliche Wertschöpfungsschritte aus einer Hand bestellt werden können.
In diesem Beitrag haben wir die relevantesten Informationen rund um die Spulenproduktion für Sie kompakt zusammengestellt.
Wie Spulen hergestellt werden
Welche Wickelverfahren es gibt
Wovon der verwendete Spulentyp abhängt
Welche Punkte wichtig sind bei der Auswahl des passenden Spulenherstellers
Jede kundenspezifisch gefertigte Spule beginnt mit einer Zeichnung und einer technischen Auslegung. Während die Zeichnung die Masse und Toleranzen hinsichtlich der herzustellenden Spule beschreibt, enthält die technische Auslegung Details zu den elektrischen Werten, der Windungszahl, der Fertigung mit oder ohne Kern beziehungsweise mit oder ohne Spulenkörper.
Die Spulenwickeltechnik erzeugt eine geometrische Struktur aus einer oder mehreren Windungen, die danach ein definiertes Magnetfeld erzeugt. Je nach Art und Geometrie wird die Wickeltechnik in verschiedene Gruppen aufgeteilt:
Linearwickeln: Beim Linearwickeln wird der zu bewickelnde Spulenkörper in Rotation versetzt und der Draht um den sich drehenden Spulenkörper herum aufgewickelt. Durch die Drehbewegung des Spulenkörpers und dem Vorschub des Drahtführers entsteht eine lineare Verlegebewegung, die den Draht im entsprechenden Wickelraum verteilt.
Die Linearwickeltechnik kann mittels mehrspindliger Wickelmaschinen auf mehrere Spulen gleichzeitig angewendet werden, was das Verfahren überaus wirtschaftlich macht.
Nadelwickeln: Die Nadelwickeltechnik wird für die Bewicklung elektronisch kommutierter Vielpol-Drehstrommotoren eingesetzt. Beim Nadelwickeln verfährt eine Nadel, die mit einer Düse versehen ist, in einer Hubbewegung an den Statorpaketen des Motors vorbei, um den Draht durch den Nutschlitz der zwei benachbarten Pole abzulegen. Der Nadelträger ist in der Regel mit einem CNC-Koordinatensystem gekoppelt, so dass ein räumliches Verfahren möglich wird.
Flyerwickeln: Bei der Flyerwickeltechnik wird die Spulenwicklung erzeugt, indem der Draht mittels einer Rolle zugeführt wird, die sich an einer drehenden Scheibe, dem Flyer, befindet. Die Drahtzuführung findet dabei über die Welle des Flyers statt. Das zu bewickelnde Bauteil muss keinerlei Bewegungen ausführen, so dass sich durch Flyerwickeln auch sehr massebehaftete oder unförmige Spulen realisieren lassen.
Ringkernwickeln: Beim Ringkernwickeln wird zunächst der Ringkern aufgespannt. Ein Orbitalring, auch Drahtspeicherring genannt, wird sodann in das Zentrum des Ringkerns eingeführt. Dann wird auf dem Drahtspeicherring Draht aufgewickelt und dessen Ende am Ringkern befestigt. Beide Elemente werden nun gleichzeitig in Rotation versetzt, wodurch die Wicklung entsteht.
Ringkernwickeln ist durch den hohen Anteil an Handarbeit vergleichsweise teuer, wird aber aufgrund eines geringen magnetischen Streuflusses und einer sehr guten Leistungsdichte häufig eingesetzt.
Träufelwickeln: Die Träufelwicklung ist ein seltener Spezialfall mit hohem Anteil an manueller Arbeit.
Natürlich ist es bei der Spulenproduktion nicht nur mit der Auswahl des geeigneten Wickelverfahrens getan! Vielmehr gilt es, die gesamte Produktentwicklung von A-Z zu begleiten. Nur so kann sichergestellt werden, dass mit Beginn der Serienfertigung alle Produktionsaspekte mitberücksichtig worden sind:
Auslegung der Spulenkörper
Wahl der benötigten Montageteile
Verbindungstechnik / Kontaktierprozess
Elektronische Komponenten
Für eine wirtschaftliche Fertigung der Spulen sind Schnelligkeit, einfache Skalierbarkeit und zuverlässige Prozesse unabdingbar. Mit individuell auf ein Produkt angepassten Produktionsanlagen lassen sich Spulen zum einen qualitativ hochwertig, zum anderen kommerziell überaus attraktiv herstellen.
Jede Spule hat einen ganz spezifischen Einsatzzweck, entsprechend vielseitig sind die Varianten, die auf dem Markt verfügbar sind. Welcher Spulentyp der geeignetste für ein Projekt ist, hängt unter anderem ab von:
Der weiteren Verarbeitung der Spule
Nachgelagerten Montageprozessen (beispielsweise Spulen und Elektronik als verdrahtete und montierte Einheit)
Weiteren Wertschöpfungsschritten
Einsatzzweck: In welcher Industrie, in welchem Gerät oder in welcher Komponente wird die Spule eingesetzt?
Material des Spulenkörpers (Kunststoff/Ferrite) und des Leitmaterials (Kupferdraht/Alternativen)
Wie man feststellt, ist jede Spule ein kleines Wunderwerk der Technik. Entsprechend bedarf es für die Spulenherstellung eines versierten Fachunternehmens, dass nicht nur die Fertigung der Spulen beherrscht, sondern vor allem mit Erfahrung, Know-How und Innovationskraft überzeugt. Bei der Auswahl des passenden Spulenlieferanten sind folgende Punkte unbedingt zu beachten:
Beratungsleistung: Eine neu konzipierte Spule muss möglichst schnell und automatisiert in Serie gefertigt werden können, um die wirtschaftlichen Anforderungen an das Produkt zu erfüllen. Ein Spulenhersteller sollte daher umfassende Beratungsleistungen bereits in der Frühphase einer Spulenentwicklung bieten, damit aus einem Prototypen möglichst zeitnah ein serienreifes Produkt wird.
Qualität: Zertifizierungen in den Bereichen Qualitätsmanagement sollten bei der Wahl eines Spulenherstellers als Grundvoraussetzung erachtet werden.
Machbarkeit: Eine Spule muss sowohl technisch als auch kommerziell Sinn ergeben. Daher sollte ein Spulenlieferant bei der Produktentwicklung seine Expertise einbringen.
Prozessstabilität: Der Spulenhersteller muss die geforderte Qualität, die nachgelagerte Fertigung und eine zuverlässige Dokumentation auch bei höheren Stückzahlen gewährleisten können.
Global Sourcing: Kundennähe ist in Zeiten angespannter Lieferketten wichtiger denn je. Ein Spulenlieferant mit Präsenz auf mindestens zwei Kontinenten kann auch bei logistischen Engpässen eine zuverlässige Lieferung der Produkte ermöglichen.
Leistungen aus einer Hand: Für Lieferketten ohne ausufernde Komplexität und somit einer deutlichen Zeitersparnis ist es vorteilhaft, wenn ein Spulenhersteller mehrere Fertigungsschritte, beispielsweise die Montage kompletter Baugruppen, aus einer Hand anbietet.
Automatisierung: Automatisierte Fertigungsprozesse sind zuverlässig, präzise und wirtschaftlich. Ein Spulenlieferant, der kundenspezifische Automatisierungslösungen entwickelt und baut, bietet hinsichtlich Kosten, Flexibilität, Skalierbarkeit und Umsetzungszeit im Bereich der Spulenproduktion deutliche Vorteile.
Preis: Eine Spule muss nicht zuletzt wirtschaftlich herstellbar sein. Grössere Spulenproduzenten können nicht nur attraktive Staffelpreise bei höheren Produktionslosen anbieten, sondern bieten darüber hinaus in der Regel Fertigungsalternativen bei Produkten mit einem hohen Anteil Handarbeit in Ländern mit niedrigerem Lohnniveau.
Innovationskraft: Ein Spulenhersteller sollte in der Lage sein, auch absolute Spezialfälle umzusetzen. Ein hoher Automatisierungsgrad in der Fertigung und erfolgreich implementierte, digitale Prozesse in der Herstellung sind wesentliche Indikatoren für die Innovationskraft eines Herstellers im Bereich der Spulenproduktion.
Bei der Spulenproduktion ist Vielfalt Alltag. Unterschiedlichste Wickelverfahren, Spulentypen und Materialien für die Spulenkörper machen es nicht leicht, hier die Übersicht zu behalten. Umso wichtiger ist es, einen kundenspezifischen Spulenhersteller an seiner Seite zu wissen, der über Fachwissen und Expertise verfügt, die weit über die reine Spulenproduktion hinaus geht.
Wenn es darum geht, eine neu entwickelte Spule schnell, technisch ausgereift und mit hoher kommerzieller Erfolgschance auf den Markt zu bringen, sind „Soft Skills“ wie Beratungsleistungen oder die Übernahme zusätzlicher Montageschritte der entscheidende Wettbewerbsvorteil in der Spulenherstellung.
