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Die
Erfindung betrifft die elektrische Isolation metallischer Oberflächen und
bezieht sich insbesondere auf eine dünnschichtige Isolation von
Leitern für Motorwicklungen.
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In
Elektromotoren wird das Drehmoment mittels stromführender
Leiter erzeugt, die in einem Magnetfeld angeordnet sind. Diese Leiter
sind dabei in so genannten Wicklungssträngen organisiert, wobei ein einzelner
Wicklungsstrang im Allgemeinen die zur Erzeugung des Drehmoments
beitragenden Leiterabschnitte für
jeweils eine Phase umfasst und verbindet. Bei mehrphasigen Elektromotoren,
wie beispielsweise einem Synchron- oder Asynchron-Drehstrommotor,
teilen sich die einzelnen Wicklungsstränge der verschiedenen Phasen
den zur Verfügung
stehenden Bauraum, insbesondere den vom Magnetfeld zur Drehmomenterzeugung
durchsetzten Raum eines Elektromotors.
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Bei
eisenlosen Motoren, die aufgrund ihrer geringen bewegten Masse,
ihrer geringen Induktivität und
ihrer geringen Verlustleistung eine hohe Dynamik mit einem ausgezeichneten
Wirkungsgrad verbinden, wird das erzeugte Drehmoment über den Strom
in den Wicklungsabschnitten der Wicklungsstränge bestimmt, die in dem mit
dem Magnetfeld durchsetzten Luftspalt des Motors angeordnet sind. Ein
hohes Drehmoment kann nur mit einer hohen Gesamtstromstärke, das
ist die Summe der durch die genannten Wicklungsabschnitte fließenden Teilströme, erreicht
werden. Um in diesen Wicklungsabschnitten die als Kupferverluste
bezeichneten resistiven Verluste so klein wie möglich zu halten, müssen die
stromführenden
Wicklungsstränge
den Luftspalt eines eisenlosen Motors idealerweise vollständig ausfüllen. Die
Nutzung des Luftspalts für
stromführende
Wicklungsstränge
wird als Verhältnis
des von den Wicklungssträngen
im Luftspalt eingenommenen Raums zum gesamten Luftspaltvolumen angegeben und
als Kupferfüllfaktor
bezeichnet.
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Ein
hoher Kupferfüllfaktor
bedeutet eine gute Nutzung des Luftspalts für die Drehmomenterzeugung.
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Um
einen hohen Kupferfüllfaktor
zu ermöglichen,
müssen
die Leiter der Wicklungsstränge
eng benachbart angeordnet sein. Damit es hierbei zu keinen Kurzschlüssen zwischen
benachbarten Leiterabschnitten eines Wicklungsstrangs und zwischen
benachbarten Leiterabschnitten unterschiedlicher Wicklungsstränge, aber
auch zu keinen Kurzschlüssen
mit anderen Komponenten eines Elektromotors kommen kann, müssen die
Leiter der Wicklungsstränge
mit einer Isolierschicht versehen sein. Diese Isolierschicht führt jedoch
entsprechend dem von ihr beanspruchten Volumen zu einer Erniedrigung
des Kupferanteils in dem zur Drehmomenterzeugung vorgesehenen Raum.
Ein hoher Kupferfüllfaktor
kann daher nur erzielt werden, wenn die Isolation als dünne Isolationsschicht
auf den Wicklungssträngen
ausgeführt
werden kann. Unter dem Begriff Kupfer werden in dieser Schrift sowohl
reines Kupfer als auch Kupferlegierungen verstanden, deren elektrische
Eigenschaften im Wesentlichen vom darin enthaltenen Kupferanteil
bestimmt werden.
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Als
dünnes
Isolationsmaterial für
Wicklungsstränge
von Elektromotoren werden vorwiegend organische Isolationsüberzüge verwendet.
Diese neigen, insbesondere infolge der thermischen Belastung der
Wicklungsstränge
bei Stromdurchfluss und aufgrund der damit verbundenen Materialausdehnung
zur Versprödung.
Zudem sind organische Isolationsüberzüge empfindlich
gegenüber
mechanischen Beschädigungen,
wie z.B. Verkratzen oder anderen Arten der Abrasion. Bei den während des
Betriebs eines Elektromotors auftretenden hohen Temperaturen führen derartige
mechanische Beschädigungen
häufig
zu Rissbildungen oder gar zu einem Abschälen der Isolationsschicht vom
Leitermaterial des Wicklungsstrangs.
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Außer organischen
Isolationsüberzügen sind auch
dünne Keramikbeschichtungen
des Leitermaterials von Wicklungssträngen bekannt. Entsprechende
Beschichtungen können
insbesondere bei Kupfer, welches das am häufigsten in Wicklungssträngen ver wendeten
Leitermaterial darstellt, nicht direkt aufgebracht werden. Vielmehr
muss die Leiteroberfläche
mit einer Beschichtung vorbereitet werden, deren Legierungszusammensetzung
eine Haftung des Keramikmaterials ermöglicht. Nachteilig an Keramikbeschichtungen
ist deren gegenüber
Metallen geringes Wärmeausdehnungsvermögen, so
dass sie bei einer thermischen Belastung des Wicklungsstrangs zu
einem Abplatzen neigen. Die geringe Duktilität keramischer Beschichtungen
macht sie ungeeignet eventuellen nachträglichen Verformungen des Substrats
ohne Beschädigungen
zu folgen. So treten beispielsweise beim Biegen eines Wicklungsdrahtes häufig Rissbildung
oder Abschälungen
auf.
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Ferner
sind Verfahren zur dünnen
Oberflächenbeschichtung
von Metallen bekannt, bei denen ein Aluminiumoxid-Feststoff mittels
eines Binders auf die Metalloberfläche aufgebracht und anschließend bei
hohen Temperaturen ausgehärtet
wird. Homogene Schichtdicken, wie sie für die Isolation von Wicklungssträngen gefordert
sind, sind mit diesem Verfahren jedoch nicht herstellbar.
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Die
beschriebenen Isolationstechniken weisen weiterhin den Nachteil
auf, dass sie den Leiter an einer scharfen Kante, d.h. an einer
Kante mit geringer Abrundung, nicht oder nicht mit einer genügenden Materialstärke umgeben.
Bei komplexen Substratgeometrien ist mit den beschriebenen Isolationstechniken
keine gleichmäßige Beschichtung
der Substrate möglich.
Bei den keramischen und Al2O3-Beschichtungen
führt die
geringe Duktilität
der Materialien darüber
hinaus dazu, dass sie kaum verformbar sind und daher beim Biegen
der Leiter leicht aufplatzen oder sich vom Substratmaterial abheben.
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In
der Druckschrift
DE
689 14 538 T2 werden zur Isolation von Wicklungssträngen für Elektromotoren
ferner vorgefertigte Formelemente aus einem Hochtemperatur-Thermoplasten
vorgeschlagen, in die jeweils ein Polschuh eines Wicklungsstrangs
aufgenommen werden kann. Damit die Polschuhe in die Formelemente
eingeführt
werden können,
müssen diese
selbsttragend ausgeführt
sein. Die dafür
erforderliche Materialstärke
nimmt einen beträchtlichen Raum
ein und widerspricht damit der Anforderung nach einem hohen Kupferfüllfaktor.
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Ausgehend
von dem oben Dargelegten liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde,
eine Isolation für
metallische Leiter anzugeben, die bei geringer Materialstärke unempfindlich
gegenüber
mechanischen Einwirkungen ist, eine hohe Haftfähigkeit auf dem Leitermaterial
aufweist und in hohem Maße
duktil ist.
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Die
Aufgabe wird durch ein Verfahren beziehungsweise durch einen Gegenstand
gemäß den unabhängigen Ansprüchen der
Erfindung gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche
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Die
Erfindung umfasst ein Verfahren zum Aufbringen einer Isolationsschicht
auf einer Oberfläche
eines metallischen Substrats, wobei die Isolationsschicht eine Aluminiumschicht,
die sich in Kontakt mit dem metallischen Substrat befindet, und
eine Aluminiumoxidschicht aufweist. Das Verfahren zur Herstellung
der Isolationsschicht umfasst einen Schritt zum Aluminieren von
zumindest einem Teil der Substratoberfläche mittels einer elektrochemischen
Abscheidung von Aluminium aus einem Metall-organischen Elektrolyten
und einen Schritt zum Oxidieren der auf dem Substrat abgeschiedenen
Aluminiumschicht bis in eine Tiefe, die geringer als deren Schichtdicke
ist.
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In
diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die in dieser
Beschreibung und den Ansprüchen
zur Aufzählung
von Merkmalen verwendeten Begriffe "umfassen", "aufweisen", "beinhalten" und "mit", sowie deren grammatikalische
Abwandlungen, generell das Vorhandensein von Merkmalen, wie z.B.
Verfahrensschritten, Einrichtungen, Bereichen, Größen und
dergleichen mehr angeben, jedoch in keiner Weise das Vorhandensein
anderer oder zusätzlicher
Merkmale oder Gruppierungen von anderen oder zusätzlichen Merkmalen ausschließen.
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Die
Erfindung umfasst ferner ein metallisches Substrat mit einer Isolationsschicht
bestehend aus einer Aluminiumschicht in direktem Kontakt mit dem
Substrat und einer daran anschließenden Aluminiumoxidschicht
die nach einem Verfahren mit den oben angegebenen Schritten erhältlich ist.
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Die
Erfindung umfasst auch ein Wicklungsprofil für einen Elektromotor mit zumindest
einem als Wicklungsstrang ausgebildeten metallischen Substrat, das
eine nach einem Verfahren mit den oben angegebenen Schritten hergestellte
Isolationsschicht aufweist.
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Die
Erfindung umfasst weiterhin einen Elektromotor mit zumindest einem
Wicklungsprofil, das ein entsprechendes als Wicklungsstrang ausgebildetes
metallisches Substrat umfasst.
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Die
Erfindung ermöglicht
die massenfertigungstaugliche Beschichtung metallischer Leiter mit einer
gleichmäßig dicken
Isolationsschicht, die auch bei Schichtdicken im Mikrometerbereich
sehr gute Isolationseigenschaften aufweist. Die Isolationsschicht
besitzt ferner eine gute Haftfähigkeit
auf metallischen Substraten. Sie ist duktil und reißt daher auch
nicht bei einem Verformen des Metallsubstrats. Die Isolationsschicht
besitzt ferner eine gute Kantenhaftung, ist resistent gegen Umwelteinflüsse und
bildet auch bei komplexen Substratgeometrien eine gleichmäßige Schichtdicke
aus.
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Die
Erfindung wird in ihren abhängigen
Ansprüchen
weitergebildet.
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Zur
Herstellung von isolierten metallischen Leitern mit geringem spezifischem
Widerstand wird das metallische Substrat vorzugsweise von einem Kupfersubstrat
gebildet. Für
den Einsatz in Elektromotoren kann das metallische Substrat von
einem Wicklungsstrang für
Elektromotoren gebildet werden.
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Vorteilhaft
umfasst das Oxidieren der auf dem Substrat abgeschiedenen Aluminiumschicht
einen ersten Teilschritt zum Hartanodisieren der Aluminiumschicht
und einen zweiten Schritt zum Nachverdichten der im ersten Teilschritt
erzeugten Aluminiumoxidschicht, sodass eine gegen mechanische Einwirkungen
stabile und porenfreie Aluminiumoxidschicht hergestellt werden kann.
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Zum
Verrunden von scharfen Kanten und zum Reduzieren von Unebenheiten
in der Oberfläche des
metallischen Substrats wird die Oberfläche des Substrats vor dem Aluminieren
zweckmäßig elektropoliert.
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Damit
durch einfachen Augenschein das Vorhandensein einer Isolationsschicht
verifiziert werden kann, wird in die Aluminiumoxidschicht bevorzugt
ein Farbstoff eingebracht.
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Für ein nachträgliches
Verpressen mehrerer mit einer Isolationsschicht versehener metallischer Substrate
und zur weiteren Erhöhung
der Isolationsfestigkeit, wird ein Prepreg-Material auf der oxidierten
Aluminiumschicht der Isolationsschicht aufgebracht. Zur Herstellung
eines Wicklungsprofils für beispielsweise
einen eisenlosen Elektromotor wird vorzugsweise mittels eines Prepreg-Materials
ein Verbund gebildet, der zumindest zwei metallische Substrate oder
zwei Wicklungsstränge
umfasst. Ein Elektromotor mit einem entsprechenden Wicklungsprofil
verbindet eine hohe Spannungsfestigkeit auf vorteilhafte Weise mit
einer hohen mechanischen Stabilität auch bei hohen Drehzahlen
und weist dennoch ein geringes Gewicht auf.
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Der
metallorganische Elektrolyt ist vorzugsweise nichtwässrig, damit
während
der Aluminiumabscheidung keine Sauerstoffbildung auftreten kann. Vorteilhaft
umfasst der Metallorganische Elektrolyt einen Aluminiumalkylkomplex
der die Herstellung glatter und porenarmer Aluminiumbeschichtungen
sowohl mit Gleichstrom als auch Umpolstrom ermöglicht. Bevorzugt werden C1 bis C4 Alkyle für den Aluminiumalkylkomplex
verwendet, da diese leicht zugänglich
und preiswert sind.
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Um
die Dicke der Isolationsschicht so gering wie möglich zu halten, bemisst sich
die Dicke der Aluminiumoxidschicht nach der für die Isolationsschicht zu
erreichenden Durchbruchfeldstärke.
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Weitere
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele
in Verbindung mit den Ansprüchen
sowie den Figuren. Die einzelnen Merkmale können bei einer Ausführungsform
gemäß der Erfindung
je für
sich oder zu mehreren verwirklicht sein. Bei der nachfolgenden Erläuterung
einiger Ausführungsbeispiele
der Erfindung wird auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen,
von denen
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1 ein
metallisches Substrat mit einer aufgebrachten Isolationsschicht
zeigt,
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2 Verfahrensschritte
zum Aufbringen einer Isolationsschicht auf ein metallisches Substrat gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung zeigt,
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3 einen
Vergleich der Abdeckung einer scharfen Kante eines metallischen
Substrats mit herkömmlichen
Isolationsbeschichtungen zu der mit einer Isolationsbeschichtung
nach einem beschriebenen Verfahren in einer schematischen Darstellung zeigt,
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4 einen
Kupfer-Wicklungsstrang für
einen eisenlosen Scheibenläufer-Elektromotor
veranschaulicht und
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5 eine
Kupfer-Wicklungsscheibe aus drei zueinander versetzten Wicklungssträngen nach 4 für einen
3-phasigen Scheibenläufermotor
veranschaulicht.
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Die
Zeichnung der 1 zeigt ein mit einer Isolationsschicht 1 überzogenes
metallisches Substrat 2. Die Isolati onsschicht 1 umfasst
eine Aluminiumschicht 1b, die sich in direktem Kontakt
mit einer Oberfläche
des metallischen Substrats 2 befindet, und eine Aluminiumoxidschicht 1a,
die an die, nicht mit dem Substrat in Kontakt stehende Oberfläche der Aluminiumschicht 1a anschließt.
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Zur
Herstellung der in 1 gezeigten Isolationsschicht 1 wird
ein Verfahren angewandt, dessen wesentliche Verfahrensschritte in
dem Flussdiagramm der 2 veranschaulicht sind. Das
Verfahren beginnt mit dem Bereitstellen eines metallischen Substrats
in Schritt S0, wobei bezüglich
der metallischen Werkstoffe und ihrer Geometrien keine Einschränkungen
bestehen. Aufgrund der mit dem Verfahren erzielbaren gleichmäßigen und
dünnen
Isolationsbeschichtung können
als metallische Substrate vor allem Wicklungsstränge aus Kupfer verwendet werden
und insbesondere solche, die in eisenlosen und vor allem in Stabläufermotoren
eingesetzt werden.
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In
Schritt S1 des Verfahrens kann das metallische Substrat elektropoliert
werden. Dieser Schritt ist nicht obligatorisch, doch empfiehlt er
sich, wenn die Rauhigkeit der Werkstückoberfläche, d.h. die Größe und Form
der Unebenheiten in der Oberfläche des
metallischen Substrats, das Aufbringen einer dünnen, gut haftenden und geschlossen
Beschichtung fraglich erscheinen lassen. Mit dem auch als anodisches
Polieren bezeichneten Elektropolieren werden vorteilhaft auch scharfe
Kanten des Werkstücks abgerundet,
womit gute Bedingungen für
eine zuverlässige
Kantenhaftung der aufzubringen Beschichtung geschaffen werden.
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In
Schritt S2 wird die mit einer Isolationsschicht zu versehende Oberfläche des
metallischen Substrats aluminiert. Die Aluminierung erfolgt dabei mit
einem elektrochemischen Beschichtungsverfahren, das auf der galvanischen
Abscheidung von Aluminium aus einem Elektrolyten beruht. Der Elektrolyt enthält vorzugsweise
Aluminiumalkylkomplexe da entsprechende Elektrolyte von ihrer Löslichkeit
und ihrer elektrischen Leitfähigkeit
gut für
eine industrielle Aluminierung geeignet sind. Die gute Streufähigkeit von
Elektrolyten mit Aluminiumalkylkomplexen gewährleistet dabei eine gleichmäßige Dicke
und bewirkt eine äußerst homogene
Oberfläche
der auf dem Substrat abgeschiedenen Aluminiumschicht. Als Aluminiumalkylkomplexe
werden bevorzugt C1 bis C4 Alkyle verwendet, da diese leicht zugänglich und preiswert
sind. Um eine Wasserstoffversprödung
bei Stahlsubstraten und eine ungewollte Oxidation der aus dem Elektrolyten
abgeschiedenen Aluminiumschicht zu vermeiden, sind die Aluminiumalkylkomplexe
bevorzugt in einem nichtwässrigen
Lösungsmittel
gelöst.
Mit einem entsprechenden Elektrolyten kann die Aluminiumbeschichtung
direkt, d.h. ohne Aufbringen von Zwischenschichten abgeschieden werden.
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Im
nächsten
Schritt S3 wird die zuvor in Schritt S2 aufgebrachte Aluminiumschicht
bis in eine festgelegte Tiefe, die geringer als die Dicke der Aluminiumschicht
ist, zu Aluminiumoxid aufoxidiert.
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Die
Umwandlung der äußeren Aluminiumschicht
in eine Aluminiumoxidschicht erfolgt zweckmäßig durch Anodisieren. Darunter
versteht man die elektrolytische Oxidation von Aluminiumwerkstoffen, die
auch unter ihrem Akronym Eloxieren bekannt ist. Um eine dichte Oxidschicht
zu erreichen wird das Aufoxidieren bevorzugt in einem Harteloxierverfahren
mit einem gekühlten
Elektrolyten durchgeführt. Ein
Harteloxieren bzw. Hartanodisieren erlaubt zudem höhere Stromstärken und
ermöglicht
damit kürzere
Prozesszeiten.
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Zur
Verbesserung der Isolationsfähigkeit
der Aluminiumoxidbeschichtung kann diese in Schritt S4 nach dem
Anodisieren in einem Nachbehandlungsschritt, z.B. in ca. 90° heißem, vollentsalztem
Wasser weiter verdichtet werden. Alternativ hierzu können selbstverständlich auch
andere Verdichtungsverfahren, wie z.B. ein Heißdampfverfahren, verwendet werden.
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Die
Aluminiumbeschichtung wird in den Verfahrensschritten S3 und S4
nicht bis auf die Substratoberfläche
durchoxidiert. Vielmehr ist an der Kontaktfläche zum metallischen Substrat eine
nicht oxidierte Aluminiumschicht belassen, die als Haftvermittler
zwischen der Metalloberfläche
des Substrats und der Aluminiumoxidbeschichtung fungiert. Die mit dem
beschriebenen Verfahren aufgebrachte Isolationsschicht besteht daher
aus zwei Lagen, einer innen liegenden Aluminiumschicht und einer
außen
angeordneten Aluminiumoxidschicht. Für Wicklungsstränge aus
Kupfer zur Verwendung in Stabläufermotoren
zum Einsatz in Kraftfahrzeugen typische Lagendicken des Haftvermittlers
sind dabei ungefähr
5 μm bis
10 μm für die Aluminiumschicht
und in etwa 25 μm
bis 30 μm
oder mehr für
die Aluminiumoxidschicht.
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Die
mit dem Verfahren erzielte Dicke der Aluminiumoxid-Isolationsschicht
richtet sich nach der zu erzielenden Isolationsfähigkeit der Isolationsschicht. Diese
wird von der geforderten Durchbruchfeldstärke bestimmt, d.h. der Feldstärke, die
mindestens an der Aluminiumoxidschicht anliegen muss, bevor ein Stromfluss
durch diese Schicht möglich
sein kann. Unterhalb der Durchbruchfeldstärke wirkt die Aluminiumoxidschicht
als Isolator.
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Im
Unterschied zu den herkömmlichen
bekannten organischen wie keramischen, oder den aus Aluminiumoxid
bestehenden Isolationsüberzügen bietet
eine mit dem beschriebenen Verfahren hergestellte Isolationsschicht
eine gleichmäßige Überdeckung
von scharfen Kanten. Dies ist in der 3 schematisch
veranschaulicht, worin die jeweilige Bedeckung der Kante eines metallischen
Substrats 2 mit einem herkömmlichen Isolationsüberzug 3 (durchgezogene
Linie) und mit einer nach dem beschriebenen Verfahren hergestellten
Isolationsschicht 1 (gestrichelte Linie) in einer Querschnittsdarstellung
gezeigt ist.
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Durch
Einbringen eines Farbstoffs kann die Isolationsschicht optisch deutlich
hervorgehoben werden, sodass beispielsweise die einzelnen Phasen eines
aus mehreren Wicklungssträngen
bestehenden Wicklungsprofils für
die weiteren Prozessschritte vorteilhaft farblich unterscheidbar
gestaltet werden können.
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Mittels
dieser Einfärbung
können
Beschädigungen
oder eine fehlerhafte Ausführung
der Isolationsschicht optisch leichter einer Qualitätskontrolle unterzogen
werden. Eine entsprechende Einfärbung kann
wie in der 2 gezeigt in einem eigenen Schritt
S4 im Anschluss an den Aufoxidierungsprozess erfolgen, sie kann
aber auch alternativ hierzu bereits während des Anodisierungsschritts
vorgenommen werden.
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Die
Isolationsfestigkeit einer mit dem unter Bezugnahme auf die 2 beschriebenen
Verfahren hergestellten Isolationsschicht kann weiterhin erhöht werden,
indem der zu isolierende Leiterverband mit einem geeigneten Prepreg-Material
umgeben wird. Unter einer Prepreg wird eine Verbundmaterial aus einem
mit einem Harz vorimprägnierten
(engl.: pre-impregnated) Glasgewebe verstanden. Solche meist in
Folienform vorhandenen Materialien sind in der Leiterplattentechnik
zum Verbund von Vielschichtplatinen bekannt.
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Die
vom Prepreg gebildete zusätzliche
Isolationslage ist insbesondere beim Verpressen von Wicklungssträngen zu
einem als Wicklungsprofil bezeichneten, mehrlagigen oder ineinander
greifenden Verbund von Vorteil, da sich das Harz des Prepreg-Materials, wie bei
Versuchen herausgefunden wurde, bei den während dem Verpressen der Wicklungsstränge zu einem
Verbund vorherrschenden Temperaturen und Drücken gleichmäßig zwischen die
Restfugen der Wicklungsstränge
verteilt. Neben der hierdurch erzielten Verbesserung der elektrischen
Isolation führt
das gleichmäßige Verfüllen der Fugen
beim Verpressen der Wicklungsstränge
mit einer oder mehreren Prepreg-Folien ferner zu einer deutlichen
Verbesserung der mechanischen Belastbarkeit des hierdurch gebildeten
Verbunds.
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In
der 4 ist ein Kupfer-Wicklungsstrang 4 gezeigt,
wie er für
eine Phasenwicklung in einem Scheibenläufermotor verwendet wird. Der
Wicklungsstrang setzt sich aus radial angeordneten Stäben 5 zusammen,
die über
Verbundelemente 6 und 7 in Serie geschaltet sind.
An den Stromzuführungsstellen
sind Anschlüsse 8 vorgesehen.
Die Struktur weist viele scharfe Kanten auf und an den Übergängen von
den Stäben
zu den Verbundelementen stehen die aneinandergrenzenden freien Oberflächen in einem
nahezu stumpfen Winkel von etwa 90° aufeinander. Diese komplexe
Geometrie und insbesondere auch die Öffnungen in den Anschlüssen 8 können mit einer
Beschichtung nach dem beschriebenen Verfahren gleichmäßig überdeckt
werden. Das Aufbringen von Prepreg-Folien gestattet darüberhinaus
die Herstellung eines Verbunds von Wicklungssträngen, wobei das Verbundmaterial
gleichzeitig einen Teil der Isolationsschicht bildet. Dies ist in
der 5 für
ein 3-phasiges Scheibenläufer-Wicklungsprofil
gezeigt, bei dem die einzelnen Wicklungsstränge 4, 9 und 10 für die Phasen
R, S und T zu einer Wicklungsplatte 11 verpresst sind.
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Zur
Begünstigung
der Montage und Demontage der Wicklungsplatte 11 in einem
Elektromotor kann diese biegbar ausgestaltet werden. Hierbei gewährleistet
die hohe Duktilität
der aufgebrachten Isolierschicht, dass sich die Isolationsschicht
während einem
entsprechenden Biegen nicht von dem Kupfersubstrat der Wicklungsstränge löst und damit
die Isolationsfestigkeit der Wicklungsanordnung schwächt.
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Derartige
Wicklungsstränge
finden sich beispielsweise auch in Trommelläufer- oder Glockenläufermotoren.
Es versteht sich also, dass die Isolation insbesondere für beliebige
Motortypen einsetzbar ist, solange deren Wicklungen einer Isolation
bedürfen.
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Auch
wenn die Erfindung unter besonderer Bezugnahme auf einen Wicklungsstrang
für Elektromotoren
und insbesondere für
eisenlose Stabläufermotoren
beschrieben wurde, ist sie dennoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele
beschränkt.
Eine erfindungsgemäße Isolationsbeschichtung
kann auf jede Art von metallischem Substrat aufgebracht werden, wobei
die Beschichtung die Substratoberfläche sowohl teilweise als auch
vollständig
bedecken kann. Da eine Isolationsbeschichtung nach dem vorgestellten
Verfahren auch bei komplexen Geometrien eine gleichmäßige Schichtdicke
ergibt, ist die Erfindung auch auf Metallsubstrate mit z.B. Sacklöchern, Wicklungsnuten
und dergleichen anwendbar.
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- 1
- Isolationsschicht,
Isolationsbeschichtung
- 1a
- Aluminiumoxidschicht,
Aluminiumoxidlage
- 1b
- Aluminiumschicht,
Aluminiumlage
- 2
- metallisches
Substrat, Werkstück
- 3
- herkömmlicher
Isolationsüberzug
- 4
- einphasiger
Wicklungsstrang R
- 5
- Wicklungsstab
- 6
- Verbundelement
- 7
- Verbundelement
- 8
- Anschlüsse
- 9
- Wicklungsstrang
S
- 10
- Wicklungsstrang
T
- 11
- 3-phasige
Wicklungsplatte
- S1
bis S5
- Verfahrensschritte