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Die
Erfindung betrifft ein Wickelkopf-Isolationselement mit einem Korpus,
der eine erste Längsseite,
eine zweite Längsseite,
eine erste Querseite und eine zweite Querseite aufweist, und einer
von der ersten Längsseite
abstehenden Lasche, wobei der Korpus und die Lasche aus einem flächigen Material gebildet
sind.
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Ferner
betrifft die Erfindung einen mehrphasigen Elektromotor mit einem
Stator und Wickelköpfen
an den Stirnseiten des Stators.
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Ein
derartiges Wickelkopf-Isolationselement und ein derartiger Elektromotor
sind beispielsweise aus
US
6,043,584 A bekannt. Das Isolationselement ist aus einer
Folie gebildet, die elektrisch ausreichend isoliert. Die Lasche
wird unter einem Wickelkopf hindurch geschoben, so dass der Korpus
die radiale Außenseite
des Wi ckelkopfes abdeckt. Die Lasche wird dann um den Wickelkopf
herumgelegt und mit einem Klebeband befestigt. Die axiale Außenseite
und die radiale Innenseite des Wickelkopfes bleiben dabei frei bis
auf die Stelle, die vom Klebeband abgedeckt ist.
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Ein
mehrphasiger Elektromotor weist einen Stator mit mehreren Spulen
auf, wobei die Spulendrähte
in Nuten angeordnet sind, die sich axial über die Länge des Stators erstrecken.
Die Spulendrähte müssen allerdings
von einer Nut zu einer anderen geführt werden. Dies erfolgt durch
die so genannten Wickelköpfe.
Die Wickelköpfe
der einzelnen Phasenwicklungen werden dabei zumindest annähernd konzentrisch
um die Statorachse herumgeführt.
Die einzelnen Drähte,
aus denen die Spulen gewickelt sind, weisen nur eine relativ schwache
Isolierung auf, die in der Regel durch eine Lackschicht gebildet
ist. Es besteht daher die Gefahr, dass es zu einem Kurzschluss kommt,
wenn sich Spulenköpfe
unterschiedlicher Phasenwicklungen berühren.
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DE 22 55 345 C2 zeigt
die Möglichkeit,
so genannte H-Isolationsfolien
zu verwenden. Diese Folien weisen flächige Isolationsabschnitte
für benachbarte
Wickelköpfe
auf, die durch in die Nuten des Stators eingelegte Abschnitte miteinander
verbunden sind. Allerdings müssen
diese H-Folien nach dem Einziehen jeder Phasenwicklung eingebracht
werden, bevor die nächste
Phasenwicklung eingezogen werden kann.
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US 3,575,623 A zeigt
ein lang gestrecktes Isolationselement, das zwischen jeweils zwei
Phasenwicklungslagen auf einer Seite des Stators eingebracht wird.
Die Enden des Isolationselements werden zu einem Ring geschlossen,
indem eine Lasche an einem Ende in einen Schlitz am anderen Ende eingeführt wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufwand zum Einbringen
des Isolationselements bei der Montage klein zu halten.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Isolationselement der eingangs genannten
Art dadurch gelöst, dass
der Korpus um eine quer zur Lasche verlaufende Achse verformbar
ist und mindestens eine quer zur Lasche verlaufende Öffnung aufweist,
durch die die Lasche führbar
ist.
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Mit
dieser Ausgestaltung ist es möglich,
das Isolationselement zumindest teilweise um den Wickelkopf herum
zu führen
und mit der Lasche zu befestigen. Die Lasche wird hierzu einfach
durch die Öffnung
geführt
und hält
dadurch das Isolationselement am Wickelkopf fest. Die Längs- und
Querseiten müssen
dabei nicht gerade oder eben ausgeführt sein. Die Längsseiten
sind die Seiten, die bei dem montierten Isolationselement dem Verlauf
des Wickelkopfes in Umfangsrichtung folgen, während die Querseiten die verbleibenden
Seiten sind, die letztendlich dem Umfang des Drahtbündels folgen,
das den Wickelkopf bildet. Man benötigt also für die Montage des Isolationselements
keine zusätzlichen
Befestigungselemente. Vielmehr kann die Befestigung des Isolationselements
am Wickelkopf durch das Einstecken der Lasche in die Öffnung erfolgen.
Die Lasche und der Korpus sind einteilig ausgeführt, beispielsweise aus einer
Folie gestanzt oder geschnitten. Als Material für eine derartige Folie kommt
beispielsweise Mylar in Frage, also ein Material, das die notwendigen
elektrischen und thermischen Eigenschaften aufweist. Dieses Material
ist auch beständig gegenüber Kältemitteln
und Schmierstoffen, so dass ein mit einem derartigen Isolationselement
versehener Elektromotor in Verbindung mit einem Kältemittelverdichter
Verwendung finden kann.
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Vorzugsweise
weist der Korpus mehrere Öffnungen
auf, durch die die Lasche führbar
ist, wobei die Anzahl der Öffnungen
gerade ist. Im einfachsten Fall gibt es also zwei Öffnungen,
durch die die Lasche geführt
wird. Wenn die Lasche durch die erste Öffnung geführt wird, gelangt sie zwischen
den Wickelkopf und den Korpus des Isolationselements. Wenn die Lasche
durch die zweite Öffnung
geführt wird,
ist sie von außen
wieder zugänglich,
d. h. man kann an der Lasche ziehen, um das Isolationselement mit
einem relativ straffen Zug zu befestigen. Wenn die Lasche in ausreichendem
Maße gezogen worden
ist, dann ist das Isolationselement um den Umfang des Drahtbündels gespannt
und eine Brücke zwischen
den beiden Öffnungen
klemmt dann die Lasche auf dem Umfang dieses Drahtbündels, das
den Wickelkopf bildet, fest.
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Vorzugsweise
ist mindestens eine der Öffnungen
als Schlitz ausgebildet. Der Schlitz hat vorzugsweise eine Länge, die
etwas größer ist
als die Breite der Lasche, und eine Breite, die etwas größer ist
als die Dicke der Lasche. Dies wirkt sich positiv auf die Halteeigenschaften
aus, wenn die Lasche durch den oder die Schlitze geführt ist.
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Vorzugsweise
weist mindestens einer der Schlitze einen bogenförmigen Verlauf auf. Dies ist vorzugsweise
der Schlitz, der im Korpus am weitesten von der Lasche entfernt
ist. Wenn das Isolationselement um das Drahtbündel herum gelegt worden ist,
das den Wickelkopf bildet, dann steht der Teil des Korpus, der durch
den gekrümmten
Schlitz begrenzt ist, etwa in einer Ebene parallel zur Endfläche des Stators
vor. Der gekrümmte
Abschnitt steht dann radial nach innen vor. Wenn man die Lasche
um das Drahtbündel
herumführt,
dann wird die Lasche von dem vorstehenden, gekrümmten Abschnitt gefangen und
die Lasche kann leicht durch die Schlitze eingeführt und angezogen werden.
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Vorzugsweise
weist die Lasche ein sich verjüngendes
Vorderende auf. Dies erleichtert das Einfädeln in den Schlitz.
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Auch
ist von Vorteil, dass die Lasche an mindestens einer der Seiten,
die vom Korpus ausgehen, eine Befestigungsgeometrie aufweist. Diese
Befestigungsgeometrie kommt dann, wenn die Lasche durch den oder
die Schlitze gezogen worden ist, in Eingriff mit den seitlichen
Rändern
des Schlitzes, so dass zu einem Herausziehen der Lasche aus den Schlitzen
oder Öffnungen
eine größere Kraft
erforderlich ist, die aber durch die Eigenspannung der Lasche nicht
aufgebracht wird. Mit dem Festziehen der Lasche ist also eine sehr
stabile Verbindung des Isolationselements mit dem Wickelkopf geschaffen.
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Hierbei
ist bevorzugt, dass die Befestigungsgeometrie als Verzahnung ausgebildet
ist, insbesondere mit mehreren Zähnen.
Im Prinzip reicht eine Verzahnung mit einem Zahn aus. Man kann aber durch
die Ausbildung der Verzahnung mit mehreren Zähnen, d. h. mit der Ausbildung der
Verzahnung über
eine bestimmte Länge
der Lasche, eine Verwendung des gleichen Isolationselements für unterschiedlich
dicke Wickelköpfe
erreichen.
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Vorzugsweise
weist der Korpus an mindestens einer Querseite mindestens einen
Einschnitt auf. Damit wird der Korpus sozusagen unterteilt in ein erstes
Abdeckteil und ein zweites Abdeckteil, die im montierten Zustand
den Wickelkopf in radialer Richtung sowohl nach außen als
auch innen überdecken. Im
Bereich des oder der Einschnitte ergibt sich dann eine Art Scharnier,
das eine kürzere
Länge als
der Korpus hat. Damit wird das Falten oder Verformen erleichtert.
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Vorzugsweise
weitet sich der Einschnitt nach außen hin. Die Erweiterung kann
beispielsweise dreieckförmig
erfolgen. Damit wird die Gefahr verringert, dass sich Ecken der
beiden Abdeckteile gegenseitig stören.
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Vorzugsweise
weist der Korpus mindestens einen von einer Längsseite vorstehenden Vorsprung auf.
Dieser Vorsprung kann dann bei montiertem Isolationselement Wicklungsabschnitte
beim Austritt aus den Nuten isolieren. Darüber hinaus trägt ein derartiger
Vorsprung dazu bei, das Isolationselement in Umfangsrichtung an
einer vorbestimmten Position festzuhalten.
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Hierbei
ist bevorzugt, dass der Korpus sowohl an der ersten Längsseite
als auch an der zweiten Längsseite
mehrere Vorsprünge
aufweist, wobei sich ein erster Abstand der Vorsprünge auf
der ersten Längsseite
von einem zweiten Abstand der Vorsprünge auf der zweiten Längsseite
unterscheidet. Damit kann man der Tatsache Rechnung tragen, dass
der Abstand der Nuten und damit auch der Wicklungsabschnitte in
Umfangsrichtung auf der radialen Innenseite des Wickelkopfes kleiner
ist als auf der radialen Außenseite.
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Vorzugsweise
weist der Korpus abgerundete Ecken auf. Dies erleichtert die Handhabung.
Die Möglichkeit,
dass sich das Isolationselement bei einer Bewegung irgendwo verhakt
und dadurch beschädigt
werden kann, ist geringer.
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Vorzugsweise
ist in der zweiten Längsseite gegenüber der
Lasche eine Aussparung vorgesehen. Die Breite der Aussparung ist
dabei etwas größer als die
Breite der Lasche. Damit kann das Isolationselement noch strammer
angezogen und befestigt werden. Außerdem erweitert diese Ausgestaltung
den Anwendungsbereich, da nun auch dünnere Wicklungsköpfe sicher
umhüllt
werden können.
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Auch
ist bevorzugt, dass in der ersten Längsseite Schlitze beidseits
der Lasche vorgesehen sind, die die Seiten der Lasche fortsetzen.
Damit wird im Bereich der ersten Längsseite im Grunde die gleiche Wirkung
erzielt wie mit der Aussparung in der zweiten Längsseite. Das Isolationselement
kann nun sehr straff befestigt werden.
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Die
Aufgabe wird bei einem Elektromotor der eingangs genannten Art dadurch
gelöst,
dass die Wickelköpfe
von verschiedenen Phasenwicklungen an einer Stirnseite durch mindestens
ein Isolationselement der oben beschriebenen Art gegeneinander isoliert
sind.
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Das
Isolationselement lässt
sich sehr leicht in einen Stator einbringen. Man muss lediglich
die Lasche zwischen dem Wickelkopf und dem Stator bzw. zwischen
den Wickelköpfen
von bereits eingesetzten Phasenwicklungen hindurch führen und
den Korpus um den Wickelkopf herum biegen. Danach muss die Lasche
durch die Öffnung
oder Öffnungen
im Korpus geführt
werden. Durch Festziehen ist der Wickelkopf dann durch das Isolationselement
isoliert. Die Gefahr, dass das Isolationselement verrutscht, ist
außerordentlich
gering.
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Hierbei
ist bevorzugt, dass nur der Wickelkopf einer mittleren Phasenwicklung
mit einem Isolationselement versehen ist. Beispielsweise reicht
es bei der Verwendung von dreiphasigen Motoren mit drei konzentrisch
angeordneten Wicklungslagen aus, wenn man nur die zweite, also die „mittlere" Lage isoliert. Das
Isolationselement wird dabei erst nach dem Eindringen der zweiten
Phasenwicklung montiert. Da man bei der Herstellung eines Stators
mehrere Phasenwicklungen gleichzeitig einziehen kann, zur Montage
des Isolationselements den Stator aber aus der Einziehmaschine entfernen
muss, kann man bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Isolationselements
den Montageaufwand insgesamt vereinfachen.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit einer Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
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1 eine
Draufsicht auf ein Isolationselement,
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2 eine
Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform
eines Isolationselements,
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3 eine
Draufsicht auf die Stirnseite eines Stators und
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4 verschiedene Stadien beim Montieren eines
Isolationselements am Wickelkopf eines Stators.
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1 zeigt
ein Isolationselement 1, das aus einer Folie geschnitten
oder gestanzt ist. Die Folie ist aus einem elektrisch isolierenden
Material gebildet, beispielsweise Mylar, also einem Material, das
die notwendigen elektrischen und thermischen Eigenschaften aufweist.
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Das
Isolationselement 1 weist einen Korpus mit einem oberen
Abdeckteil 2 und einem unteren Abdeckteil 3 auf,
wobei das obere Abdeckteil 2 und das untere Abdeckteil 3 entlang
einer Biegelinie 4 miteinander verbunden sind.
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Der
Korpus weist an seinem unteren Abdeckteil 3 eine erste
Längsseite 5 und
an seinem oberen Abdeckteil 2 eine zweite Längsseite 6 auf. Ferner
weist der Korpus eine erste Querseite 7 und eine zweite
Querseite 8 auf.
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Von
der ersten Längsseite 5 aus
erstreckt sich eine Lasche 9 im Wesentlichen quer zur Biegelinie 4.
Der Begriff „quer" bedeutet, dass die
Lasche 9 im Wesentlichen senkrecht zur Biegelinie 4 verläuft. Der
Begriff „senkrecht” ist dabei
aber nicht im mathematisch exakten Sinne zu verstehen, sofern die
Lasche die weiter unten ausgeführten
Funktionen erfüllen
kann.
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Die
Lasche 9 weist ein sich verjüngendes Vorderende 10 auf.
Ferner weist die Lasche 9 an ihren beiden Seiten 11, 12,
die im Wesentlichen senkrecht zur ersten Längsseite 5 verlaufen,
eine Verzahnung 13 mit jeweils mehreren Zähnen 14 auf.
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Von
der ersten Längsseite 5 stehen
etwa parallel zur Lasche 9 zwei Vorsprünge 15, 16 ab.
Von der zweiten Längsseite 6 stehen
in entgegen gesetzter Richtung zwei Vorsprünge 17, 18 ab.
Der Abstand zwischen den Vorsprüngen 15, 16 auf
der ersten Längsseite
ist etwas größer als
der Abstand zwischen den Vorsprüngen 17, 18 an
der zweiten Längsseite 6.
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Die
beiden Querseiten 7, 8 weisen jeweils einen Einschnitt 19, 20 auf.
Die Einschnitte 19, 20 erweitern sich dreieckförmig nach
außen
hin. Dadurch wird eine Verbindung zwischen dem oberen Abdeckteil 2 und
dem unteren Abdeckteil 3 kleiner als die Erstreckung des
Korpus parallel zur Biegelinie 4.
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Dargestellt
ist, dass der Korpus mit den beiden Abdeckteilen 2, 3 im
Wesentlichen rechteckförmig
ausgebildet ist. Dies ist aber nicht notwendig. Die beiden Längsseiten 5, 6 und
die beiden Querseiten 7, 8 können auch eine andere Form
als dargestellt aufweisen.
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Beidseits
der Biegelinie 4 sind zwei als Schlitze 21, 22 ausgebildete Öffnungen
im Korpus vorgesehen, d. h. ein Schlitz 21 im unteren
Abdeckteil 3 und ein Schlitz 22 im oberen Abdeckteil 2.
Die Schlitze 21, 22 haben eine Länge, die
geringfügig größer ist
als die Breite der Lasche 9, aber etwas kleiner als der
Abstand zwischen gegenüberliegenden Zahnspitzen.
Die Schlitze 21, 22 haben eine Breite, die etwas
größer ist
als die Dicke der Lasche 9.
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2 zeigt
eine abgewandelte Ausführungsform,
bei der gleiche und einander entsprechende Teile mit den gleichen
Bezugszeichen versehen sind.
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Ein
erster Unterschied besteht darin, dass die Ecken des Korpus mit
den beiden Abdeckteilen 2, 3 und das Vorderende 10 der
Lasche 9 abgerundet sind. Ein zweiter Unterschied besteht
darin, dass die Vorsprünge 15–18 nicht
vorhanden sind. Diese Vorsprünge
sind allerdings von Vorteil, wenn in einer einzelnen Nut des Stators
mehrere Spulen untergebracht sind.
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An
der zweiten Längsseite
ist eine Aussparung 23 vorgesehen, deren Erstreckung parallel
zur Biegelinie 4 etwas größer ist als die Breite der
Lasche 9.
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Beidseits
der Lasche 9 sind Schlitze 24, 25 vorgesehen,
die die Seiten 11, 12 der Lasche 9 verlängern.
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Darüber hinaus
ist der Schlitz 22, der der zweiten Längsseite 6 benachbart
ist, gebogen ausgeführt,
wobei er von der Lasche 9 weg gebogen ist.
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3 zeigt
einen Stator 26 eines Elektromotors mit einem Blechpaket 27,
in dem eine zentrale Öffnung 28 zur
Aufnahme eines nicht näher
dargestellten Rotors vorgesehen ist. Die Öffnung ist radial durch eine
Reihe von Polzähnen 29 begrenzt,
zwischen denen sich Nuten 30 befinden. Die Innenflächen der
Nuten 30 sind durch Kunststoffteile ausgekleidet, um eine
elektrische Isolierung zum Blechpaket 27 hin zu bewirken.
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Der
Stator 26 weist drei Phasenwicklungen auf. Jede Phasenwicklung
wird durch vier Spulen gebildet, vor denen Wickelköpfe zu erkennen
sind. Eine erste Gruppe von Wickelköpfen 31 gehört zur ersten Phasenwicklung,
eine zweite Gruppe von Wickelköpfen 32 gehört zur zweiten
Phasenwicklung und eine dritte Gruppe von Wickelköpfen 33 gehört zur dritten Phasenwicklung.
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Es
ist zu erkennen, dass nur die Wickelköpfe 32 der zweiten
Phasenwicklung mit einem Isolationselement 1 versehen sind.
Dieses Isolationselement 1 isoliert die Wickelköpfe 32 sowohl
gegenüber
den Wickelköpfen 31 als
auch gegenüber
den Wickelköpfen 33.
Damit wird die Montage des Stators 26 einfach. Man kann
die beiden ersten Phasenwicklungen mit den Wickelköpfen 31, 32 in
das Blechpaket 27 einlegen und dann das Isolationselement 1 montieren. Danach
wird die dritte Phasenwicklung mit den Wickelköpfen 33 eingebracht.
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4 zeigt nun verschiedene Schritte bei der
Montage des Isolationselements 1 an einem Wickelkopf 32.
Teile, die denen der 1 bis 3 entsprechen,
sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Das
Blechpaket 27 ist mit zwei Phasenwicklungen versehen, so
dass vier Wickelköpfe 31 der ersten
Phasenwick lung und vier Wickelköpfe 32 der zweiten
Phasenwicklung zu erkennen sind. Die dritte Phasenwicklung ist noch
nicht in das Blechpaket 27 eingebracht worden.
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In
diesem Stadium der Herstellung des Stators lässt sich nun das Isolationselement 1 montieren.
Hierzu wird die Lasche 9 unter den Wickelkopf 32 der
zweiten Phasenwicklung geschoben. Durch leichten Zug an der Lasche 9 lässt sich
das untere Abdeckteil 3 in einen Spalt zwischen dem Wickelkopf 32 und
den Wickelköpfen 31 ziehen.
Das untere Abdeckteil 3 bewirkt also eine Isolierung zwischen
dem Wickelkopf 32 und der zweiten Phasenwicklung und den
Wickelköpfen 31 der
ersten Phasenwicklung.
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4b zeigt
einen Zustand, wo das obere Abdeckteil 2 über den
Wickelkopf 32 gelegt worden ist. Das obere Abdeckteil 2 deckt
damit den radial inneren Bereich des Wickelkopfes 32 ab,
der hier nicht mehr zu erkennen ist. Im Bereich der Biegelinie 4 ist der
Wickelkopf 32 axial nach oben abgedeckt. Es ist zu erkennen,
dass der Vorsprung 18 in eine Nut etwas eindringen kann,
um so die aus der Nut austretenden Wicklungsdrähte zu isolieren.
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4c zeigt,
wie die Lasche 9 durch die Schlitze 21, 22 gezogen
worden ist. Wenn der Schlitz 22, wie im Zusammenhang mit 2 dargestellt,
gebogen ist, dann bildet der Übergang
zwischen dem oberen Abdeckteil 2 und dem unteren Abdeckteil 3 im Bereich
des Schlitzes 22 einen radial nach innen vorstehenden bogenförmigen Schirm,
der es erleichtert, die Lasche 9 mit dem Vorderende 10 in
den Schlitz 22 und nachfolgend in den Schlitz 21 einzufädeln. Durch
einen Zug am Vorderende 10 der Lasche 9 lässt sich
nun das Isolationselement 1 auf dem Wickelkopf 32 fest
spannen. Die Verzahnung 13 hakt sich in die Endbereiche
der beiden Schlitze 21, 22 ein, so dass das Isolationsteil 1 zuverlässig auf
dem Wickelkopf 32 gehalten ist.
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Sobald
alle Isolationsteile 1 auf den Wickelköpfen 32 der zweiten
Phasenwicklungen montiert sind, kann man die dritte Phasenwicklung
mit den Wickelköpfen 33 in
das Blechpaket 27 des Stators einsetzen.