DE102013205831A1

DE102013205831A1 - Verfahren zur Aktivierung eines Spulendrahts für einen Elektromotor sowie Spule mit solch einem Spulendraht

Info

Publication number: DE102013205831A1
Application number: DE102013205831.4A
Authority: DE
Inventors: Gyoergy Mucsi; Wolfgang Hirschburger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-04-03
Filing date: 2013-04-03
Publication date: 2014-10-09
Also published as: CN104104196A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aktivierung eines Spulendraht 50 für eine Spule 20 eines Elektromotors 15, sowie einen nach dem Verfahren aktivierten Spulendraht und eine Spule 20 mit einem derartig aktivierten Spulendraht 50, wobei ein Spulendraht 50 mit einem durch einen Isolator 60 ummantelten elektrischen Leiter 55 bereitgestellt wird, wobei der elektrische Leiter 55 elektrisch durch den Isolator 60 isoliert wird, wobei das Aktivieren des Isolators 60, wobei bei dem Aktivieren eine Zusammensetzung des Isolators 60 zumindest in einer Randschicht 86 des Isolators 60 verändert und/oder eine Oberflächeneigenschaft, insbesondere eine Oberflächenspannung, einer äußeren Umfangsfläche 65 des Isolators 60 durch die Aktivierung verändert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aktivierung eines Spulendraht für eine Spule eines Elektromotors, wobei ein Spulendraht mit einem durch einen Isolator ummantelten elektrischen Leiter bereitgestellt wird, wobei der elektrische Leiter elektrisch durch den Isolator isoliert wird.
Stand der Technik
Aus der DE 600 369 04 T2 ist ein Verfahren zur Imprägnierung einer Wicklung mit Harz mit zwei getrennten Verfahrensschritten zum Einarbeiten von Partikeln und zur Imprägnierung bekannt. Dabei wird in das flüssige Imprägnierharz BN oder Al₂O₃-Partikel eingebracht, um die Wärmeleitfähigkeit des Imprägnierharzes zu verbessern.
Die Schwierigkeit besteht in dem beschriebenen Verfahren darin, eine zuverlässige Anhaftung des Imprägnierharzes an dem Isolator des Spulendrahts zu gewährleisten. Oftmals kann es hierbei zu Einschlüssen von Luft im Übergang von dem Isolator auf das Imprägnierharz kommen. Auch kann das Imprägnierharz nur eine geringe Bindung an den Spulendraht bzw. dessen Isolator aufbauen, so dass bei thermischen Belastungen oder mechanischen Schwingungen das Imprägnierharz sich vom Isolator des Spulendrahts lösen kann.
Offenbarung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Anhaftbedingungen an dem Isolator des Spulendrahts zu verbessern. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Spulendraht bzw. eine verbessere Spule für einen Elektromotor bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mittels der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass ein verbessertes Verfahren zur Aktivierung eines Spulendrahts für eine Spule eines Elektromotor dadurch bereitgestellt werden kann, dass ein Spulendraht mit einem durch einen Isolator ummantelten elektrischen Leiter bereitgestellt wird, wobei der elektrische Leiter elektrisch durch den Isolator isoliert wird. Ferner wird der Isolator aktiviert, wobei bei dem Aktivieren eine Zusammensetzung des Isolators zumindest in einer Randschicht des Isolators verändert und/oder eine Oberflächeneigenschaft, insbesondere eine Oberflächenspannung, einer äußeren Umfangsfläche des Isolators durch die Aktivierung verändert, insbesondere erhöht, wird.
Auf diese Weise können die Benetzungseigenschaften der äußeren Umfangsfläche verbessert werden, so dass ein Anhaften von Imprägniermitteln an der äußeren Umfangsfläche des Isolators oder eine Klebverbindung zwischen dem Spulendraht und weiteren Bauteilen eines Elektromotors verbessert wird, so dass sich die Verbindung zwischen dem Isolator des Spulendrahts und den weiteren Bauteilen, insbesondere dem Imprägniermittel, nicht unbeabsichtigt durch beispielsweise Temperaturschwankungen oder Schwingungen des Elektromotors löst. Auf diese Weise kann die Haltbarkeit des Elektromotors verbessert werden. Ferner können Einschlüsse in der Klebverbindung, insbesondere Lufteinschlüsse, vermieden werden, so dass die Wärmeleitfähigkeit der Klebverbindung zu dem Spulendraht verbessert wird.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Spulendrahts zu einer Spule gewickelt, so dass die Spule wenigstens zwei Wicklungen aufweist, wobei ein Imprägniermittel auf die äußere Umfangsfläche des Isolators des Spulendraht aufgetragen wird, wobei die Aktivierung des Isolators vor dem Auftrag des Imprägniermittels auf die äußere Umfangsfläche des Isolators erfolgt. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass das Anhaften des Imprägniermittels an dem Spulendraht verbessert wird. Ferner werden Lufteinschlüsse, die eine Wärmeübertragung zwischen dem Spulendraht und dem Imprägniermittel stark reduzieren, zuverlässig vermieden. Insgesamt kann so aus der Spule eine über den elektrischen Strom eingebrachte Wärmeenergie verbessert aus der Spule abgeführt werden, um so eine Überhitzung der Spule im Betrieb des Elektromotors zuverlässig zu verhindern. Des Weiteren ist die Spule hinsichtlich Spulenbrüche zwischen dem Isolator und dem Imprägniermittel unempfindlicher, so dass der Elektromotor unter härteren Einsatzbedingungen betrieben werden kann.
Ferner ist vorteilhaft, wenn die Aktivierung des Isolators vor dem Wickeln des Spulendrahts zu der Spule erfolgt und/oder dass die Aktivierung der äußeren Umfangsfläche des Isolators während dem Wickeln des Spulendrahts zu der Spule in einem Bereich der bereits gewickelten Spule erfolgt und/oder dass die Aktivierung der äußeren Umfangsfläche des Isolators nach Abschluss des Wickeln des Spulendrahts zu der Spule erfolgt. Das zeitliche Durchführen der Aktivierung vor, während oder nach dem Wickeln der Spule ist abhängig von der geometrischen Ausgestaltung der Spule und kann je nach Ausgestaltung der Spule und/oder der Fertigungsanlage zu Reduktion der Aktivierungskosten führen.
Besonders vorteilhaft ist in der Herstellung der Spule, wenn die Aktivierungsgeschwindigkeit einer Wickelgeschwindigkeit des Spulendrahts während des Wickelns des Spulendrahts zu der Spule entspricht. Auf diese Weise können die Taktzeiten in der Herstellung der Spule weiter aufrechterhalten werden, so dass die weiteren Fertigungsschritte in der Montage des Elektromotors nicht weiter an die Aktivierung des Spulendrahts angepasst werden müssen.
Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn die äußere Umfangsfläche des Isolators vor und/oder während der Aktivierung des Isolators gereinigt wird. Auf diese Weise können die Haftbedingungen zwischen dem Imprägniermittel und dem Isolator des Spulendrahts an dessen äußeren Umfangsfläche weiter verbessert werden. Ferner können die Taktzeiten bei der Herstellung der Spule des Elektromotors weiterhin aufrechterhalten werden, wenn die Reinigung während der Aktivierung des Isolators erfolgt, so dass der Elektromotor kostengünstig herstellbar ist.
Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn die Reinigung von unerwünschten Verschmutzungen mittels wenigstens eines der folgenden Verfahren erfolgt: Plasmareinigung, Aussetzen der äußeren Umfangsfläche mit ionisierten Gas und/oder Gasgemisch, Waschen der äußeren Umfangsfläche des Isolators mit wenigstens einer Reinigungsflüssigkeit, Bestrahlen der äußeren Umfangsfläche mit einem festen Material, insbesondere mit Partikeln.
Ferner ist auch sehr vorteilhaft, wenn bei der Aktivierung eine Anzahl von in der Randschicht des Isolators vorhandenen Radikalen durch die Aktivierung erhöht wird und/oder dass durch die Aktivierung die Oberflächenspannung des Isolators auch wenigstens auf wenigstens 43 mN/m, vorzugsweise 45 mN/m, erhöht wird.
Die Aktivierung des Isolators kann weiter verbessert werden, wenn nach der Aktivierung des Isolators, der Isolator in einem weiteren Aktivierungsschritt weiter aktiviert wird. Auf diese Weise kann beispielsweise die Oberflächenspannung weiter erhöht werden oder die Anzahl oder die Zusammensetzung der Radikale im Bereich der äußeren Umfangsfläche des Isolators an die entsprechenden Materialzusammensetzungen zwischen Isolator und Imprägniermittel angepasst werden. Auch ist denkbar, hierbei für den weiteren Aktivierungsschritt ein anderes Aktivierungsverfahren als das im ersten Aktivierungsschritt durchgeführte Aktivierungsverfahren zu wählen. Selbstverständlich ist auch denkbar, den weiteren Aktivierungsschritt mit dem gleichen im ersten Aktivierungsschritt vorgenommenen Aktivierungsverfahren durchzuführen.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein weiteres Bauteil, insbesondere ein Bauteil des Elektromotors, vorzugsweise ein Anker, bereitgestellt wird, wobei die Aktivierung des Spulendrahts zusammen mit dem weiteren Bauteil erfolgt. Auf diese Weise kann eine besonders gute Anhaftung des Imprägniermittels durch die verbesserten Benetzungseigenschaften des weiteren Bauteils sowie des Spulendrahts der Spule erreicht werden. Dabei ist von besonderem Vorteil, wenn die Aktivierung in Hohlräume der Spule eindringen kann, und so auch der Spulendraht von tiefer liegenden Wicklungen aktiviert werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Aktivierung der äußeren Umfangsfläche mittels wenigstens einem der folgenden Aktivierungsverfahren erfolgt: Plasmaaktivierung, Aktivieren des Isolators mittels wenigstens einem ionisierten Gas und/oder ionisierten Gasgemisch, Benetzung der äußeren Umfangsfläche mit einer Aktivierungsflüssigkeit, Bestrahlen der äußeren Umfangsfläche mit einem Feststoff, insbesondere mit Partikel, Aktivierung mittels keramischer Materialien, Aktivierung mittels Polymeren, insbesondere mittels eines Primerauftrags, Aktivierung mittels eines metallischen Materials.
Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn die Partikel wenigstens einen der folgenden Werkstoffe aufweisen: Keramik, Aluminiumoxid, Polymer, Metall.
Die Aufgabe wird aber auch durch einen Spulendraht für einen Elektromotor gemäß Anspruch 12 gelöst.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass ein verbesserter Spulendraht dadurch bereit gestellt werden kann, dass der Spulendraht wenigstens einen elektrischen Leiter und einen den elektrischen Leiter ummantelnden elektrisch isolierenden Isolator aufweist, wobei der Spulendraht wie oben erläutert aktiviert ist.
Auf diese Weise kann ein Spulendraht bereitgestellt werden, an dem besonders gut ein Imprägnierharz anhaftet, durch das eine aus dem Spulendraht gewickelte Spule besonders mechanisch stabil ausgebildet wird.
Die Aufgabe wird aber auch durch eine Spule für einen Elektromotor gemäß Anspruch 13 gelöst.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass eine verbesserte Spule dadurch bereitgestellt wird, dass die Spule wenigstens eine Wicklung aus einem Spulendraht umfasst, wobei der Spulendraht wie oben erläutert aktiviert wird.
Auf diese Weise kann die Spule mit Imprägniermittel behandelt werden, das besonders gut an der Spule anhaftet. Dadurch kann besonders gut eine Blasenbildung beim Schließen von zwischen den Wickelungen vorhanden Hohlräume vermieden werden, so dass die Spule besonders gute Wärmeleiteigenschaften aufweist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Handwerkzeugmaschine mit einem Elektromotor;
2 eine perspektivische Darstellung auf eine Spule des in 1 gezeigten Elektromotors;
3 einen Querschnitt durch die in 2 gezeigte Spule;
4 eine schematische Darstellung einer Fertigungsvorrichtung zur Herstellung der in 2 und 3 gezeigten Spule; und
5 ein Ablaufdiagramm eines Herstellungsverfahrens der in den 2 und 3 gezeigten Spule.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Handwerkzeugmaschine 10 mit einem Elektromotor 15. Die Handwerkzeugmaschine 10 ist in der Ausführungsform als Bohrmaschine ausgebildet. Der Elektromotor 15 umfasst einen Stator 21 und einen Rotor 22 mit mehreren Spulen 20. Selbstverständlich können die Spulen 20 auch zusätzlich oder alternativ im Stator 21 angeordnet sein. Der Rotor 22 ist dabei drehbar um eine Rotationsachse 23 angeordnet. Die Spulen 20 sind über einen Betätigungsschalter 25 mit einem Akkupack 30 verbunden. Dabei kann zusätzlich eine Steuerungsvorrichtung (nicht dargestellt) vorgesehen sein, um die Signale des Betätigungsschalters 25 entsprechend der Ausgestaltung des Elektromotors 15 umzuwandeln bzw. zu adaptieren, um den Elektromotor 15 anzusteuern. Der Elektromotor 15 dient in der Handwerkzeugmaschine 10 dazu, ein Spannfutter 35 anzutreiben und zu drehen. Dazu ist der Elektromotor 15 mit dem Bohrfutter 35 gekoppelt.
Selbstverständlich kann der Elektromotor 15 auch in einer anderen Handwerkzeugmaschine 10, wie zum Beispiel einer Handkreissäge, einer Stichsäge, Winkelschleifer oder einem Schwingschleifer eingebaut sein, um die jeweilige Handwerkzeugmaschine 10 anzutreiben. Selbstverständlich kann auch die Handwerkzeugmaschine 10 anstatt mit einem Akkupack 30 einen Netzanschluss aufweisen. Auch kann die Handwerkzeugmaschine 30 beispielsweise als Gartengerät ausgebildet sein.
2 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung der Spule 20 des Elektromotors 15 und 3 zeigt einen Querschnitt durch die in 2 gezeigte Spule 20 des Elektromotors 15. Die Spule 20 weist einen Spulenkern 40 auf, um den die Spule 20 in mehreren Wicklungen 45, 75 geführt ist. Selbstverständlich können die Wicklungen 45, 75 auch anders ausgeführt sein. Dabei grenzt eine erste Wicklung 45 an eine zweite Wicklung in tangentialer Richtung an. Die Wicklungen 45, 75 sind mehrschichtig in radialer Richtung übereinander angeordnet. Die Wicklungen 45, 75 bestehen aus einem Spulendraht 50. Der Spulendraht 50 weist einen innenseitig angeordneten elektrischen Leiter 55 und einen den elektrischen Leiter 55 umfangsseitig vollständig umgreifenden Isolator 60 auf. In der Ausführungsform ist der Spulendraht 50 als Kupferlackdraht ausgebildet, bei dem der elektrische Leiter 55 im Wesentlichen Kupfer als Werkstoff aufweist. Selbstverständlich sind als Werkstoff für den elektrischen Leiter 55 auch andere Werkstoffe denkbar. Der Isolator 60 kann hierbei mehrschichtig ausgebildet sein und als Werkstoff beispielsweise Polyurethane und/oder Polyamide und/oder Polyimide aufweisen. Der Isolator 60 weist eine äußere Umfangsfläche 65 auf. An der äußeren Umfangsfläche 65 kann zusätzlich zur erleichterten Verarbeitung des Spulendrahts 50 eine Gleitschicht und/oder partikelweise ein Gleitmittel 70 vorgesehen sein, um ein Verhaken oder Zerkratzen der äußeren Umfangsfläche 65 des Spulendrahts 50 beim Verarbeiten des Spulendrahts zu vermeiden.
Die Wicklungen 45, 75 sind derart geführt, dass der Spulendraht 50 in den einzelnen Wicklungen 45, 75 jeweils an der äußeren Umfangsfläche 65 in Kontakt mit tangential angrenzenden zweiten Wicklung 75 tritt. Auch in radialer Richtung liegen die Wicklungen 45, 75 aneinander an. Aufgrund der zylindrischen Ausgestaltung des Spulendrahts 50 bildet sich zwischen jeweils aneinander angrenzenden Wicklungen 45, 75 jeweils ein Hohlraum 80 aus. Um die Wärmeleitfähigkeit der Spule 20 insgesamt zu erhöhen, wird der Spulendraht 50 imprägniert, das heißt, die Hohlräume 80 werden durch ein Imprägniermittel verschlossen. Dadurch wirken die Hohlräume 80 gegenüber den einzelnen Wicklungen 45 nicht als Wärmebarriere, die einen Wärmefluss zwischen den einzelnen Wicklungen 45, 75 radial nach außen hin vermindern bzw. blockieren. Durch das Verfüllen der Hohlräume 80 kann ein Wärmetransport aus der Spule 20 heraus verbessert werden, so dass eine Überhitzung der Spule 20 im Betrieb des Elektromotors 15 vermieden wird.
Das Imprägniermittel 85, das während des Imprägnierens in die Hohlräume 80 eingebracht wird, kann beispielsweise ein Epoxydharz und/oder Polyesterharz umfassen. Das Imprägniermittel 85 kann beispielsweise nach dem Wickeln der Spule 20 in die Hohlräume 80, beispielsweise durch ein Eintauchen der Spule 20 in ein Imprägniermittelbad, in die Hohlräume 80 eingebracht werden. Alternativ kann das Imprägnierharz auch auf die gewickelte Spule 20 getröpfelt werden. Auch ist ein Tauchrollbad oder ein Vakuumimprägnieren oder eine Kombination aus den genannten Imprägnierverfahren denkbar. Auch ist denkbar, die Spule 20 mit anderen Flüssigkeiten, die an der äußeren Umfangsfläche 65 des Isolators 60 anhaften sollen, zu benetzen.
Um die Verbindung zwischen dem Imprägniermittel 85 und Isolator 60 zu verbessern, so dass die Spule 20 insgesamt steifer ausgebildet ist und eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit aufweist, wird vor dem Einbringen des Imprägniermittels 85 in die Hohlräume 80 der Isolator 60 aktiviert. Durch die Aktivierung wird die Zusammensetzung und/oder eine Anzahl von in einer Randschicht 86 vorhandenen Radikalen durch die Aktivierung erhöht. Zusätzlich oder alternativ wir auch eine Oberflächeneigenschaft, insbesondere eine Oberflächenspannung, der äußeren Umfangsfläche 65 durch die Aktivierung verändert. Dabei können mittels der Aktivierung auch andere Oberflächeneigenschaften, wie die Rauhigkeit und/oder die Welligkeit, beeinflusst werden. Die Aktivierung bewirkt hinsichtlich der Oberflächenspannung, dass diese erhöht wird. Dadurch haftet das Imprägniermittel 85 besser an der äußeren Umfangsfläche 65 des Spulendrahts 50 an, so dass Einschlüsse, insbesondere Lufteinschüsse an der äußeren Umfangsfläche 65 vermieden werden. Dadurch wird die Spule 20 steifer und schwingungsresistenter, so dass ein Spulenbruch und somit eine mechanische Beschädigung der Spule 20 vermieden werden kann. Auch wird die Wärmeleitfähigkeit der Spule 20 erhöht, so dass ein durch den im elektrischen Leiter 55 fließenden Strom in die Spule 20 eingebrachter Wärmeeintrag verbessert aus der Spule 20 abgeführt werden kann und somit eine thermische Überlastung der Spule 20 in dem Elektromotor 15 vermieden werden kann. Dadurch wird der Elektromotor 15 insgesamt auch kurzschlussresistenter. Auch kann der Elektromotor 15 auch mit einer höheren Last betrieben werden, ohne gleichzeitig eine thermische Zerstörung des Elektromotors 15 zu riskieren.
Besonders vorteilhaft ist hierbei, wenn durch die Aktivierung die Oberflächenspannung wenigstens 43 mN/m, insbesondere wenigstens 45 mN/m beträgt. Dadurch wird ein zuverlässiges Anhaften des Imprägniermittels 85 am Isolator 60 gewährleistet. Insbesondere bei der oben genannten Werkstoffkombination des Isolators 60 und des Imprägniermittels 85 wird eine zuverlässige stoffschlüssige Verbindung zwischen Isolator 60 und Imprägniermittel 85 bereitgestellt.
Die Aktivierung der äußeren Umfangsfläche 65 des Spulendrahts 50 kann beispielsweise vor dem Wickeln des Spulendrahts 50 zu den einzelnen Wicklungen 45, 75 erfolgen. Auch ist denkbar, dass die Aktivierung während des Wickelvorgangs oder nach dem Wickeln, also wenn die einzelnen Wicklungen 45, 75 vorliegen und eine Spule 50 bilden, erfolgen. Die Aktivierung kann dabei so gewählt werden, dass die Aktivierung spaltdurchgängig, das heißt, die einzelnen Hohlräume 80 überbrückend ist, so dass radial innen und außen liegende Wicklungen 45, 75 durch eine beispielsweise radial außenseitig der Spule 20 anordbare Aktivierungsvorrichtung erreicht werden, so dass die äußere Umfangsfläche 65 der einzelnen Wicklungen 45, 75 unabhängig von der Lage der einzelnen Wicklungen 45, 75 aktiviert wird. Diese wird insbesondere mit einer Plasmaaktivierung erreicht. Dadurch kann die Benetzbarkeit der äußeren Umfangsfläche 65 des Isolators 60 erhöht werden. Auf diese Weise wird die Verbindung zwischen dem Imprägniermittel 85 in den radial innen- und außenseitig angeordneten Hohlräumen 80 zu der äußeren Umfangsfläche 65 der Wicklungen 45, 75 verbessert. Dadurch kann der Isolator 60 vollständig und fehlerfrei, unter Elimination von Hohlräumen, imprägniert werden.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer Fertigungsanlage 90 zur Herstellung der in den 2 und 3 gezeigten Spule 20. Die Fertigungsanlage 90 umfasst eine Wickelvorrichtung 95, eine Aktivierungsvorrichtung 100 und eine Reinigungsvorrichtung 105. Ferner ist eine Führungsvorrichtung zum Führen des Spulendrahts 50 vorgesehen.
5 zeigt das in der 4 gezeigten Fertigungsanlage 90 durchgeführte Verfahren.
In einem ersten Verfahrensschritt 200 wird der Spulendraht 50 als länglicher Draht beispielsweise abgewickelt von einer Rolle der Fertigungsanlage 90 zugeführt und durch die Reinigungsvorrichtung 105 geführt. Die Reinigungsvorrichtung 105 ist ausgebildet, in einem zweiten Verfahrensschritt 205 beispielsweise das Gleitmittel 70, das z.B. Parafin aufweist, und/oder andere unerwünschte Verunreinigungen zu entfernen. Das Gleitmittel 70 und/oder andere unerwünschte Verunreinigungen kann beispielsweise mittels eines Plasmas gereinigt werden. Auch ist denkbar, dass das Gleitmittel 70 und/oder andere unerwünschte Verunreinigungen mittels eines ionisierten Gases und/oder Gasgemisches und/oder mittels einer Reinigung der äußeren Umfangsfläche 65 des Isolators 60 mit einer Reinigungsflüssigkeit und/oder einem Bestrahlen der äußeren Umfangsfläche 65 mit einem festen Material, insbesondere mit Partikeln entfernt werden. Auf den Reinigungsschritt kann alternativ auch verzichtet werden.
Nach der Entfernung der unerwünschten Verunreinigungen und/oder des Gleitmittels 70 wird in einem dritten Verfahrensschritt 210 der Spulendraht 50 der Aktivierungsvorrichtung 100 zugeführt, wobei die Aktivierungsvorrichtung 100 den Isolator 60 aktiviert, so dass in der Randschicht 116 des Isolators 60 die Anzahl der vorhandenen Radikale erhöht bzw. die Zusammensetzung des Isolators 60 durch das Einbringen von Radikalen in die Randschicht 86 verändert wird. Ferner wird durch die Aktivierungsvorrichtung 100 die Oberflächenspannung der äußeren Umfangsfläche 65 erhöht. Nach der Aktivierung wird der Spulendraht 50 sogleich der Wickelvorrichtung 95 zugeführt, die aus dem Spulendraht 50 die in 2 und 3 gezeigte Spule 20 in einem vierten Verfahrensschritt 220 wickelt. Das Wickeln der Spule 20 ist je nach geometrischer Ausgestaltung der Spule 20 abhängig. Dabei werden beim Wickeln die in 3 gezeigten Hohlräume 80 ausgebildet.
Um die Hohlräume 80 zu schließen, wird in einem fünften Verfahrensschritt 225 die fertig gewickelte Spule 20 in ein Tauchbad aus Imprägniermittel 85 eingebracht, so dass die Hohlräume 80 mit Imprägniermittel 85 geflutet werden. Nach dem Eintrag des Imprägniermittels 85 in die Hohlräume 80 im fünften Verfahrensschritt 225 wird das Imprägniermittel 85 in einem sechsten Verfahrensschritt 230 ausgehärtet. Nach dem Aushärten des Imprägniermittels 85 sind die einzelnen Wicklungen 45, 75 über die äußere Umfangsfläche 65 des Spulendrahts 50 miteinander stoffschlüssig verbunden, so dass sowohl der Wärmetransport aus der Spule 20 heraus und die mechanische Steifigkeit der Spule 20 verbessert ist.
Zusätzlich kann eine weitere Aktivierungsvorrichtung 120 in der Fertigungsanlage 90 vorgesehen sein, um nach dem Aktivieren im dritten Verfahrensschritt 210 eine weitere Aktivierung der äußeren Umfangsfläche 65 des Spulendrahts 50 vorzunehmen. Auf diese Weise kann eine besonders hoch aktivierte äußere Umfangsfläche 65 bereitgestellt werden. Auch kann damit die Aktivierung gezielt in einen engen Zielkorridor gebracht werden, so dass das Imprägniermittel 85 zuverlässig an der äußeren Umfangsfläche 65 des Spulendrahts 50 anhaftet und somit ein hohes Qualitätsziel in der Fertigung der Spule 20 gewährleistet werden kann.
Für die Aktivierung der äußeren Umfangsfläche 65 des Spulendrahts 50 hat sich insbesondere eine Plasmaaktivierung als besonders geeignet erwiesen. Auch ist denkbar, dass die Aktivierung mittels wenigstens einem der folgenden Aktivierungsverfahren erfolgt: Aktivieren der äußeren Umfangsfläche 65 des Isolators 60 mit einem ionisierten Gas und/oder ionisiertem Gasgemisch, Benetzung der äußeren Umfangsfläche 65 mit einer Aktivierungsflüssigkeit, Bestrahlen der äußeren Umfangsfläche 65 mit einem festen Material, insbesondere mit Partikeln, Aktivierung mittels keramischer Materialien, Aktivierung mittels Polymeren, insbesondere mittels eines Primerauftrags, Aktivierung mittels eines metallischen Materials. Die genannten Verfahren können jeweils einzeln in der Aktivierungsvorrichtung 100, 120 oder in die Kombination miteinander angewandt werden. Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn bei dem Bestrahlen der äußeren Umfangsfläche 65 mit Partikeln die Partikel wenigstens einen der folgenden Werkstoffe aufweisen: Keramik, Aluminiumoxid, Polymer, Metall.
Auch ist denkbar, dass die Reinigungsvorrichtung 105 zusammen mit der Aktivierungsvorrichtung 100 ausgebildet ist und gleichzeitig bei der Aktivierung der äußeren Umfangsfläche 65 das Gleitmittel 70 und/oder andere unerwünschte Verschmutzungen von der äußeren Umfangsfläche 65 des Isolators 60 entfernt werden. Auch ist denkbar, dass die Reinigung der äußeren Umfangsfläche 65 nach dem Wickeln der Spule 20 erfolgt und Verschmutzungen durch den Reinigungsvorgang über die Hohlräume 80 ausgewaschen oder verdampft werden.
Auch ist denkbar, dass die im Verfahren beschriebenen einzelnen Verfahrensschritte in ihrer Reihenfolge andersartig als oben beschrieben angeordnet sind. So kann beispielsweise auch die Aktivierung des Isolators 60 nach dem Wickeln der Spule 20, also nach dem vierten Verfahrensschritt 220, erfolgen. Auch ist denkbar, dass die Aktivierung des Isolators 60 erfolgt, wenn der Spulendraht 50 aus einem Aufbewahrungsfass (nicht dargestellt) entnommen wird. Auch ist eine Aktivierung des Spulendrahts 50 bei einem Spulendrahthersteller vor einem Verpacken des Spulendrahts 50 denkbar.
Die Aktivierung kann auch nach der Herstellung des Spulendrahts 50 erfolgen, so dass beispielsweise bereits ein aktivierter Spulendraht 50 bereitgestellt wird. Der aktivierte Spulendraht 50 kann besonders vorteilhaft nochmalig aktiviert werden, um die Aktivierung aufzufrischen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 60036904 T2 [0002]

Claims

Verfahren zur Aktivierung eines Spulendraht (50) für eine Spule (20) eines Elektromotors (15) – wobei ein Spulendraht (50) mit einem durch einen Isolator (60) ummantelten elektrischen Leiter (55) bereitgestellt wird, – wobei der elektrische Leiter (55) elektrisch durch den Isolator (60) isoliert wird, gekennzeichnet, durch – das Aktivieren des Isolators (60), – wobei bei dem Aktivieren eine Zusammensetzung des Isolators (60) zumindest in einer Randschicht (86) des Isolators (60) verändert und/oder eine Oberflächeneigenschaft, insbesondere eine Oberflächenspannung, einer äußeren Umfangsfläche (65) des Isolators (60) durch die Aktivierung verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – der Spulendrahts (50) zu einer Spule (20) gewickelt wird, so dass die Spule (20) wenigstens zwei Wicklungen (45, 75) aufweist, – wobei ein Imprägniermittel auf die äußere Umfangsfläche (65) des Isolators (60) des Spulendraht (50) aufgetragen wird, – wobei die Aktivierung des Isolators (60) vor dem Auftrag des Imprägniermittels auf die äußere Umfangsfläche (65) des Isolators (60) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung des Isolators (60) vor dem Wickeln des Spulendrahts (50) zu der Spule (20) erfolgt und/oder dass die Aktivierung der äußeren Umfangsfläche (65) des Isolators (60) während dem Wickeln des Spulendrahts (50) zu der Spule (20) in einem Bereich der bereits gewickelten Spule (20) erfolgt und/oder dass die Aktivierung der äußeren Umfangsfläche (65) des Isolators (60) nach Abschluss des Wickeln des Spulendrahts (50) zu der Spule (20) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aktivierungsgeschwindigkeit einer Wickelgeschwindigkeit des Spulendrahts (50) während des Wickelns des Spulendrahts (50) zu der Spule (20) entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Umfangsfläche (65) des Isolators (60) vor und/oder während der Aktivierung des Isolators (60) gereinigt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigung von unerwünschten Verschmutzungen mittels wenigstens eines der folgenden Verfahren erfolgt: Plasmareinigung, Aussetzen der äußeren Umfangsfläche (65) mit ionisierten Gas und/oder Gasgemisch, Waschen der äußeren Umfangsfläche (65) des Isolators (60) mit wenigstens einer Reinigungsflüssigkeit, Bestrahlen der äußeren Umfangsfläche (65) mit einem festen Material, insbesondere mit Partikeln.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Aktivierung eine Anzahl von in der Randschicht (86) des Isolators (60) vorhandenen Radikalen durch die Aktivierung erhöht wird und/oder dass durch die Aktivierung die Oberflächenspannung des Isolators (60) auch wenigstens auf wenigstens 43 mN/m vorzugsweise 45 mN/m erhöht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Aktivierung des Isolators (60), der Isolator (60) in einem weiteren Aktivierungsschritt weiter aktiviert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Bauteil, insbesondere ein Bauteil des Elektromotors (15), vorzugsweise ein Anker, bereitgestellt wird, wobei die Aktivierung des Spulendrahts (50) zusammen mit dem weiteren Bauteil erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung der äußeren Umfangsfläche (65) mittels wenigstens einem der folgenden Aktivierungsverfahren erfolgt: Plasmaaktivierung, Aussetzen des Isolators (60) mittels wenigstens einem ionisierten Gas und/oder ionisierten Gasgemisch, Benetzung der äußeren Umfangsfläche (65) mit einer Aktivierungsflüssigkeit, Bestrahlen der äußeren Umfangsfläche (65) mit einem Feststoff, insbesondere mit Partikel, Aktivierung mittels keramischer Materialien, Aktivierung mittels Polymeren, insbesondere mittels eines Primerauftrags, Aktivierung mittels eines metallischen Materials.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel wenigstens einen der folgenden Werkstoffe aufweist: Keramik, Aluminiumoxid, Polymer, Metall.
Spulendraht (50) aufweisend wenigstens einen elektrischen Leiter (55) und einen den elektrischen Leiter (55) elektrisch isolierenden Isolator (60), der den elektrischen Leiter (55) umfangsseitig umschließt, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulendraht (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 aktiviert ist.
Spule (20) für einen Elektromotor (15), aufweisend wenigstens eine Wicklung (45, 75), wobei die Wicklung (45, 75) aus einem Spulendraht (50) gewickelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulendraht (50) nach Anspruch 12 ausgebildet ist.