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Anleitung zum Spulen selber wickeln

 

von Ürgsy

Zunächst ein paar grundsätzliche Worte: Eine Spule selber zu wickeln bedarf etwas Vorbereitung und kostet auch Zeit. Sollte euch eure Zeit lieb sein und ihr nicht unbedingt basteln wollen, schaut in den gängigen Shops, ob es die gesuchte Spule zu kaufen gibt.
Sollte die Spule nirgends verfügbar sein, bleibt jedoch nur der Weg des selber Wickelns. Eine Anleitung, nach der jeder in der eigenen Hobbywerkstatt vorgehen kann, findet ihr im Folgenden. Die Anleitung enthält auch einen kleinen Exkurs in die Elektrotechnik, um einige Hintergründe zu beschreiben, welcher von nicht Interessierten natürlich ignoriert werden kann.
Die Anleitung beschreibt wie immer nur einen Weg zum Ziel.

Bei dem Übeltäter handelt es sich um die Spule der Flipper Zipper eines Bally EM Typ E-184-277. Diese ist nirgends zu bekommen, selbst gebrauchte Exemplare gibt keiner gerne her, weil sie so selten ist. Die Spule ist im unteren Teil des folgenden Bildes zu sehen

ZF-Spule
 

Wie man sieht hat diese Spule eine ungewöhnliche Form mit einem rechteckigen Kern und einem eisernen "U". Da diese Spule offenbar bereits zum Bauzeitpunkt des Flippers teuer war, war Bally so klug, diese mit einer eigenen Sicherung abzusichern.

Spulenbauform

Der Sollwert der Sicherung ist 1,25A. Im hier vorliegenden Fall war die eingebaute Sicherung mit 6A viel zu groß, was im Fehlerfall zum Verbrennen der Spule führte.

Nun gilt es zunächst die Spezifikationen der Spule herauszufinden. Hierzu gibt es verschiedene Möglichkeiten:
1. Drahtdicke messen und Windungszahl abzählen. Der Widerstand einer funktionstüchtigen Spule gleichen Typs kann auch ein Anhaltspunkt sein.
2. Die Typenbezeichnung ist zu finden auf der Banderole (sofern nicht verbrannt) oder im Manual/Schaltplan. Hier kann auch das Internet helfen.

Im hier besprochenen Beispiel hat mir eine Suche nach "Flipper Zipper Coil" geholfen, den Typ herauszufinden, da die Banderole verbrannt war.
Der Typ ist also E-184-277. Hierbei enthält die letzte Zahl die Information, die uns interessiert. 27 ist dabei die "American Wire Gauge" AWG, eine Kodierung für Drahtdurchmesser und die letzte Zahl steht für die Windungszahl - 7 bedeutet 700 Windungen.
Eine Webseite, wo Spulen mit Bezeichnungen und Vergleichstypen aufgelistet sind findet man unter http://pinballmedic.net/coil_chart.html. Hier findet man auch eine Tabelle für die Umrechnung AWG - mm.
27 entspricht demnach 0,361mm. Im folgenden Bild kann man sehen, dass die Schieblehre das ungefähr bestätigt.

Drahtdurchmesser

Die Drahtdicke kann also, wenn die Spezifikationen nicht verfügbar sind, im einfachsten Fall mit einer Schieblehre gemessen werden. Eine Mikrometerschraube würde ein genaueres Ergebnis liefern. Die Windungszahl kann, wenn die Spezifikationen nicht vorhanden sind, durch Abwickeln der Spule und mitzählen herausgefunden werden. Da ich den Kern der Spule wiederverwenden wollte, habe ich die Spule sowieso abgewickelt. Hierzu habe ich die Spule einfach lose auf einen Dorn (in meinem Fall ein Bohrer) gesteckt.

Spule beim abwickeln

Man sieht, dass der Lack auf dem Draht, der zur Isolierung dient, komplett verbrannt ist.
Es ist natürlich sinnvoll, den Kern der Spule vorher zu prüfen, ob er noch nutzbar ist. Dies ist der Fall, wenn er nicht geschmolzen ist und der Plunger noch einwandfrei (Spulenhülse nicht vergessen) in der Spule läuft.

Nachdem wir nun den Kern freigelegt haben, müssen wir die Spule neu wickeln. Hierzu benötigen wir Kupferlackdraht mit der entsprechenden Dicke. Da beim Elektronikladen um die Ecke nur Dicken in 0,1mm Schritten verfügbar waren, habe ich mich für 0,3mm Draht entschieden.

Spule mit freigelegtem Kern

Was bedeutet der zu dünne Draht?
Die Dicke des Drahtes beeinflusst den Widerstand, den die Spule hat, und damit auch die Stärke des Magnetfeldes. Zunächst zum Widerstand im Draht.

Drahtwiderstand

Wir sehen, dass der Durchmesser des Drahtes im Nenner steht (und quadratisch ist). Das bedeutet also, dass ein dickerer Draht einen geringeren Widerstand hat. Der abgewickelte Draht war ungefähr l = 49m lang, was bei d = 0,361mm einen Widerstand von R = 8,1Ohm zur Folge hat. Mit einem Durchmesser von d = 0,3mm beträgt der Widerstand ungefähr R = 11,8Ohm. Der Widerstand ist also knapp 50% höher beim dünneren Draht.
Was bedeutet das nun für die Spule?
Nach dem Ohmschen Gesetz ist für höheren Widerstand bei gleicher Spannung der Strom kleiner. Mit dem dünneren Draht sind wir was Stromfluss (Sicherungswert) angeht also auf der sicheren Seite.

Ohmsches Gesetz

Im Flipper interessiert allerdings vor allem die Stärke der Spule, d.h. die Stärke des Magnetfeldes, das den Plunger in den Spulenkörper hineinzieht.

Magnetfeld

In der Gleichung sieht man, dass das Magnetfeld H näherungsweise von Stromstärke I, Länge der Spule l (ungleich Drahtlänge, s.o.) und Windungszahl n abhängt. Durch den dünneren Draht sinkt die Stromstärke, was bei gleichbleibender Windungszahl ein niedrigeres Magnetfeld und damit eine schwächere Spule bedeutet.
Nun könnte man durch verkleinern der Windungszahl (wir erinnern uns: die Originalspule hatte 700 Windungen) die Stärke des Magnetfeldes wieder erhöhen (Vorsicht, weniger Windungen bedeuten weniger Widerstand und damit höheren Strom). Ich habe mich in diesem Fall dafür entschieden die 700 Windungen beizubehalten und damit eine schwächere Spule zu wickeln. Abwickeln kann man immer noch ein paar Windungen, wenn sie tatsächlich zu schwach sein sollte. Draht dranfrickeln ist schwieriger, wenn zum Beispiel die Sicherung einen erhöhten Stromfluss nicht hält.

Nun da die Parameter der Spule klar sind, kann sie gewickelt werden. Hier habe ich eine denkbar einfache Konstruktion gewählt.

Wickelkonstruktion

Eine Bohrmaschine eingespannt, ein Holz zugesägt, so dass es ins Bohrfutter passt und dass der Spulenkörper aufs Holz gesteckt werden kann. Mit Spulenkörper und ein paar Windungen sieht das dann so aus.

Wickelbeginn

Natürlich kann man das besser machen, aber da ich nicht vorhabe viele Spulen zu wickeln, reicht mir diese Lösung. Bei runden Spulen ist natürlich wichtig, dass sie nicht auf der Achse durchdrehen.
Achtung: Nicht vergessen das innere Ende des Drahtes nach außen zu führen (am besten am Rand des Körpers fixieren).
Man sieht oben auf dem Spulenkörper ein Stück Klebeband, welches als Zählhilfe dient. 700 Windungen abzuzählen ohne durcheinanderzukommen! Wobei es auf eine Windung hin oder her nicht ankommt, wie wir oben an den Gleichungen sehen können. Auch hier wäre natürlich ein Zählwerk mit Schalter/Lichtschranke und Mikrocontroller eine gute Idee, aber für nur eine Spule lohnt der Aufwand nicht.
Das Wickeln von Hand wird nicht so sauber werden, wie von einer Maschine, was aber im Prinzip egal ist. Wenn man nicht zu sehr kreuz und quer wickelt, sondern versucht saubere Schichten zu wickeln, sollte die Spule hinterher auch nicht größer sein als das Original. In vorliegenden Fall ist das wichtig, da die Spule ja wieder in das eiserne "U" muss.
Die fertige Spule mit Klebeband umwickeln und die Anschlüsse rausführen. Kreppband bietet sich dafür an, weil es etwas flexibel ist und sich der Form der Spule anpasst.

Fertige Spule

Schlussendlich müssen die Anschlüsse noch gekürzt und mit Lötfahnen versehen werden. An den meisten Spulen sind die Lötfahnen ja fest am Körper und der Draht kann einfach angelötet werden. In diesem Fall waren die Lötfahnen in der Spulenbanderole integriert, jedoch war das Trägermaterial nicht verbrannt, weshalb sie wiederverwendet und mit Klebeband fixiert wurden.

Seite zuletzt geändert am: 13.01.2014, 14:14 von Dr. Jones
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