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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verkleben und Verbacken von blattförmigem Isoliermaterial eines eine Wicklungsanordnung und einen Blechpaketkörper aufweisenden elektrischen Bauteils, bei dem das mit Backlack versehene Isoliermaterial und längsverlaufende Wicklungsabschnitte der Wicklungsanordnung in einen in axialer Richtung längserstreckten Hohlraum des Blechpaketkörpers eingebracht und auf der Innenseite desselben angeordnet werden.
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Ein Verfahren dieser Art geht aus der
DE 26 27 575 A1 hervor. Ein elektrisches Bauteil einer elektrischen Maschine, und zwar ein Stator, ist aus einem Blechpaket aufgebaut, in dessen Hohlraum eine Wicklungsanordnung unter Zwischenfügung von Isoliermaterial eingebracht ist. Die Wickelanordnung befindet sich im Innern des Blechpaketkörpers in Nuten, die sich in axialer Richtung erstrecken, wobei im Wesentlichen längsverlaufende Abschnitte der Wickelanordnung in den Nuten aufgenommen sind und Wickelköpfe der Wicklungsanordnung stirnseitig über den Blechpaketkörper vorstehen. Üblicherweise werden der Blechpaketkörper und die Wicklungsanordnung mittels eines blattförmigen, mit Harz bzw. Backlack versehenen Isoliermaterials, wie z. B. mit Backlack beschichtetem Isolierpapier, isoliert.
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Bei bekannten Verfahren und Vorrichtungen dieser Art können sich Nachteile bei der Herstellung dadurch ergeben, dass das Isoliermaterial nach innen in den Hohlraum vorsteht und sich in Überlappungsbereichen nicht immer zuverlässig oder umständlich fixieren und verbacken lässt.
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In der
DD 93 816 A1 ist eine Einrichtung zur Verbesserung des Trockenprozesses von papierisolierten Wicklungen in Hochspannungsgeräten gezeigt, bei der eine indirekte Heizung durch unterteilte und/oder biegsame Heizstäbe und ein mit einem Regler verbundener Temperaturfühler an einem Primärleiter und/oder einem Heizstab federbelastet isoliert angebracht ist. Mit dieser Einrichtung soll bei ökonomisch vertretbarem Aufwand die Temperatur der inneren Isolationschichten bei Normaldruck im Vakuum geregelt werden können, wobei die Wärme über ein entsprechendes Material geleitet an die inneren Isolationsschichten herangeführt wird.
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Die
AT 222 669 B zeigt ein Verfahren zum Bedrucken von beliebig geformten Gegenständen aus thermoplastischem Kunststoff, bei dem das Druckmuster aus den zu bedruckenden Gegenständen entsprechenden thermoplastischen Kunststofflösungen auf einen Metallträger aufgebracht und unter Anwendung von Druck und Hitze mit dem zu bedruckenden Gegenstand verschweißt bzw. verschmolzen wird. Das Druckmuster wird dabei in bekannter Weise auf ein Metallband bzw. einen Streifen aufgebracht und der an den zu bedruckenden Gegenstand formgerecht angedrückte Metallbandbereich wird mittels elektrischer Widerstandserwärmung erhitzt und anschließend abgekühlt. Um den elektrischen Kontakt an den beiden Enden der Zone des Streifens, die beheizt werden soll, herzustellen, können zwei an eine Stromquelle angeschlossene Metallbügel vorgesehen sein.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem sich mit wenig Aufwand ein zuverlässiges Verbacken des Isoliermaterials erreichen lässt.
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Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass nach dem Anordnen des Isoliermaterials und der Wicklungsanordnung in einem weiteren Schritt ein U-förmiger Federbügel mit nach außen eine Federkraft ausübenden U-Schenkeln in axialer Richtung in den Hohlraum eingeführt und an frei liegende Bereiche des Isoliermaterials in Andruck gebracht wird und dass anschließend der Federbügel zum Verflüssigen des Backlacks mittels Stromzuführung aufgeheizt wird, wonach eine Abkühlphase anschließt und der Backlack verbackt. Dies erfolgt durch Verringern oder Abschalten der Stromzufuhr zu dem Federbügel.
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Mit diesen Maßnahmen wird eine zuverlässige Fixierung und Verbackung des Isoliermaterials an der gewünschten Stelle erreicht. Dies kann unter geringem Energieaufwand schnell (z. B. innerhalb zwei bis sechs Minuten) und ökonomisch geschehen. Die Vorgehensweise ist zudem einfach.
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Bei einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist vorgesehen, dass sie einen U-förmigen Federbügel mit U-Schenkeln aufweist, deren Außenabstand größer bemessen ist als ein Innendurchmesser des Hohlraums des mit dem Isoliermaterial versehenen Blechpaketkörpers im Bereich der zu erzeugenden Verbackung und die sich entgegen ihrer nach außen wirkenden Federkraft auf einen geringeren Abstand als der betreffende Innendurchmesser zusammendrücken lassen, und dass der Federbügel zum Erzeugen einer auf die Verflüssigung des Isoliermaterials abgestimmten Temperatur an eine steuerbare oder regelbare Stromversorgung angeschlossen ist. Die Stromzuführung kann dabei allmählich erhöht werden, da ein anfänglich großer Temperatursprung in den U-Schenkeln ungünstig sein kann. Dabei kann vorgesehen sein, dass der von der Stromversorgung gelieferte Strom in seiner Stärke, Frequenz und/oder Wellenform und/oder seiner Anstiegsgeschwindigkeit veränderbar ist.
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Eine vorteilhafte Ausbildung des Verfahrens besteht darin, dass zwischen den längsverlaufenden Wicklungsabschnitten sich erstreckende überlappende Bereiche des Isoliermaterials mittels der U-Schenkel angedrückt werden und der Backlack entlang der U-Schenkel verflüssigt wird und anschließend verbacken wird. Der Federbügel kann vor oder während des Verbackens entfernt werden oder auch danach, falls dies die Beschaffenheit des Isoliermaterials zulässt, wie z. B. bei einseitig beschichtetem Isoliermaterial, wie sich in Untersuchungen der Erfinder gezeigt hat.
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Zu einer zuverlässigen Funktion tragen die Maßnahmen bei, dass die Stromzuführung unter Temperaturregelung erfolgt.
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Eine vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass die Temperatur in Abhängigkeit des Backlacks und/oder des Aufbaus des elektrischen Bauteils auf einen Wert zwischen 160° und 230°C eingeregelt wird.
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Verschiedene, für unterschiedliche Situationen vorteilhafte Ausgestaltungen bestehen darin, dass der dem Federbügel zugeführte Strom als Gleichstrom und/oder Wechselstrom zugeführt wird. Beispielsweise kann mit Wechselstrom hoher Frequenz ein schnelles Verflüssigen erreicht werden. Dabei kann auch ein unter Umständen ungünstiges Aufheizen des Blechpaketkörpers vermieden werden, so dass dieser z. B. handwarm bleibt und mit der blanken Hand auf den Federbügel aufgeschoben und von diesem auch wieder abgenommen werden kann. Diesbezüglich besteht auch eine vorteilhafte Ausgestaltung darin, dass der zugeführte Strom eine mehrfach höher liegende Frequenz als die Netzfrequenz besitzt und/oder allmählich gesteigert wird.
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Für die Handhabung ergeben sich wesentliche Vorteile dadurch, dass der Blechpaketkörper zumindest auf seiner Außenseite auf einer hautverträglichen, für eine Bedienperson ungefährlichen Temperatur gehalten wird.
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Die Isolierung des elektrischen Bauteils wird dadurch vervollständigt, dass nach dem Verbacken eine Imprägnierung der Wicklungsanordnung und des Isolationsmaterials bei einer Verflüssigungstemperatur des Backlacks erfolgt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1A und B ein elektrisches Bauteil, wie z. B. einen Stator, mit einem eingesetzten Federbügel zum Fixieren und Verbacken eines blattförmigen Isoliermaterials zwischen Wickelabschnitten einer Wickelanordnung in seitlicher Ansicht und in einem Querschnitt außerhalb des elektrischen Bauteils im Bereich des Federbügels und
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2 eine schematische Ansicht des zur Bestromung an eine Stromversorgung angeschlossenen Federbügels.
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Die
1A und B zeigen ein elektrisches Bauteil
1, vorliegend einen Stator einer elektrischen Maschine, wie sie z. B. für elektrische Handwerkzeuge (Bohrmaschine, Schleifmaschine oder dgl.) verwendet wird, wobei das elektrische Bauteil
1 einen sich axial in Längsrichtung erstreckenden Blechpaketkörper
3 mit einem in axialer Richtung durchgehenden Hohlraum aufweist, in dem eine Wicklungsanordnung
2 mit im Wesentlichen in Längsrichtung verlaufenden Wicklungsabschnitten und über die beiden Stirnseiten des Blechpaketkörpers
3 vortretenden Wicklungsköpfen aufgenommen ist. Die längsverlaufenden Wicklungsabschnitte sind unter Zwischenfügung eines blattförmigen Isolationsmaterials
4 in auf der Innenseite des Blechpaketkörpers
3 angeordnete, zum Hohlraum hin offene Nuten eingelegt. Beispielsweise sind die Nuten im Querschnitt T-förmig ausgebildet, wobei ihre Öffnung in Richtung des T-Stegs mit dem Hohlraum verbunden ist und die daran anschließenden Nuthälften in Richtung des sich in Umfangsrichtung des Blechpaketkörpers
3 erstreckenden (gerundeten) T-Dachs verlaufen. In den beiden durch das T-Dach gebildeten Nuthälften sind zwei getrennte, sich in Längsrichtung erstreckende Abschnitte der Wicklungsanordnung
2 eingelegt, zwischen denen ein Spalt gebildet ist, in den die längsrandseitigen Abschnitte des blattförmigen Isoliermaterials
4, wie z. B. Isolationspapier, vortreten. Ein solcher Aufbau ist z. B. in den eingangs genannten Druckschriften
DE 26 27 575 A1 und
DE 10 2012 104 210 A1 gezeigt. Das Isolationsmaterial
4, wie z. B. Isolationspapier, ist mit Backlack versehen, das bei Temperaturen im Bereich von 160°C bis 230°C verflüssigbar ist und nach Abkühlung verklebt bzw. verbackt.
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Um ein sicheres Verkleben bzw. Verbacken des Isolationsmaterials 4 und Isolieren der Wicklungsanordnung in der Nut zu bewirken, wird das blattförmige isolationsmaterial 4 bzw. Isolationspapier vorliegend mittels eines U-förmigen Federbügels 5 an den gewünschten Stellen, insbesondere also in den Überlappungsbereichen entlang der Nut bzw. des zwischen den Wicklungsabschnitten gebildeten Spalts, klemmend fixiert. Hierzu wird der Federbügel 5, dessen U-Schenkel länger sind als der Blechpaketkörper 3 und deren Abstand zwischen den Außenseiten der U-Schenkel größer gewählt ist als der Durchmesser des Hohlraums mit dem eingelegten Isolationsmaterial 4 an den zu verbackenden Stellen, unter leichtem Zusammendrücken der U-Schenkel von der Seite des U-Stegs aus durch den Hohlraum geführt, bis die U-Schenkel sich über die gesamte Länge des Hohlraums erstrecken. Der U-Steg ist zum Einführen in den Hohlraum vorteilhaft nach außen gewölbt und der Federbügel 5 gleicht einer Haarnadel. Das Einführen des Federbügels 5 erfolgt vorzugsweise von Hand, kann aber auch maschinell vorgenommen werden. Nach Erreichen der Einschubposition klemmt der Federbügel 5 in Folge seiner Federkraft das Isolationsmaterial 4 mit seinen U-Schenkeln linien- oder streifenförmig gegen die innere Hohlraumwandung ein.
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Der Federbügel 5 ist an den freien Endabschnitten der U-Schenkel über Anschlussmittel 6 mit Anschlusskabeln 61 in Verbindung gebracht und an eine Stromversorgung 7 angeschlossen, um den Federbügel 5 auf eine für ein Verflüssigen des mit Backlack versehenen Isolationsmaterials 4 erforderliche Temperatur zu bringen, die üblicherweise im Bereich zwischen 160°C und 230°C liegt. Bei anschließendem Abkühlen verbackt der verflüssigte Backlack, nachdem zuvor der Federbügel 5 noch im verflüssigten, vorzugsweise klebrigen, Zustand des Backlacks entfernt wurde.
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2 zeigt den Anschluss des Federbügels 5 über die freien Endabschnitte der U-Schenkel und das Anschlusskabel 61 an die Stromversorgung 7. Die Stromversorgung 7 ist vorteilhaft mit einem Stromregler 71 versehen, um den dem Federbügel 5 zugeführten Strom so zu steuern oder zu regeln, dass die Temperatur für eine bestimmte Zeit auf einem für die Verflüssigung geeigneten Niveau gehalten wird. Vorteilhaft ist es, dass zum Einregeln des Stroms eine Temperaturregelung vorgenommen wird, wobei ein Temperaturfühler über eine Temperaturregelschleife 72 an dem Federbügel 5 angebracht ist. Denkbar wäre auch eine reine Stromregelung oder Stromsteuerung zum Erreichen und Einhalten der Temperatur. Die Stromversorgung 7 ist an eine Spannungsquelle 73 angeschlossen, mit der eine Wechselspannung, Gleichspannung oder eine Kombination aus beiden zur Verfügung gestellt werden kann. Es ist auch denkbar die Stromversorgung 7 so auszubilden, dass sie direkt an Netzspannung anschließbar ist und einen geeigneten Strom, wie Wechselstrom, Gleichstrom oder eine Kombination aus beiden erzeugt. Die Ausgangsspannung der Stromversorgung 7 wird vorteilhaft gering (im Bereich einer ungefährlichen Kleinspannung) gehalten, während ein relativ hoher Strom zur Verfügung gestellt wird, um die gewünschte Wärmeleistung des Federbügels 5 bereit zu stellen. Der Federbügel 5 besteht z. B. aus einem Stahldraht mit guter Federeigenschaft. Die Frequenz des von der Stromversorgung 7 zugeführten Stroms liegt vorteilhaft um ein Mehrfaches über der Netzfrequenz (z. B. im Kilohertzbereich). Auch kann der Gleichanteil und/oder die Wellenform (Sinus, Dreieck, Rechteck, Trapez oder dgl.) vorgebbar bzw. veränderbar sein. Mit diesen Maßnahmen kann eine geeignete Aufheizung des Federbügels 5 und Verflüssigung des Backlacks erzielt werden, ohne dass der Blechpaketkörper 3 sich wesentlich aufheizt. Das elektrische Bauteil 1 kann so ohne Verbrennungsgefahr mit der bloßen Hand auf den Federbügel 5 aufgeschoben und von diesem abgenommen werden, womit sich eine einfache Bedienung bei der Fertigung ergibt. Die Erweichung bzw. Verflüssigung des Backlacks erfolgt entlang der U-Schenkel linien- oder streifenhaft und ergibt anschließend beim Abkühlen eine sichere Verklebung bzw. Verbackung.
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Die Abnahme des elektrischen Bauteils 1 von dem Federbügel 5 erfolgt vorteilhaft, solange der Backlack sich noch im flüssigen Zustand befindet. Z. B. bei einseitig beschichtetem Isoliermaterial kann der Federbügel auch nach dem Verbacken noch entfernt werden.
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Nach der Fixierung und Verbackung mittels des aufgeheizten Federbügels 5 wird ein Imprägniervorgang unter Verwendung von Harz vorgenommen, wobei eine Temperatur (von z. B. im Bereich von 180°C) gewählt werden kann, die auch eine Verflüssigung und anschließende Verbackung in anderen Bereichen des Isolationsmaterials 4, des Blechpaketkörpers 3 und der Wicklungsanordnung 2 ergibt. Schließlich kann vorteilhaft noch eine Beträufelung mit Träufelharz vorgenommen werden.
