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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lackdraht in Form eines elektrischen Leiters, ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils einer elektrischen Maschine sowie eine elektrische Maschine mit dem erfindungsgemäßen Lackdraht.
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Lackdrähte sind aus dem Stand der Technik in Form von elektrischen Leitern in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Insbesondere bei der Herstellung von elektrischen Maschinen ist es wünschenswert, hohe Leistungsdichten zu erhalten, um einen Materialeinsatz und eine Baugröße möglichst zu minimieren. Ein Problemkreis bei elektrischen Maschinen hoher Leistungsdichte ist ein hoher elektrischer Füllfaktor. Hierbei wird der Lackdraht beispielsweise in Nuten angeordnet, wobei ein hoher Leitermaterialanteil in den Nuten Fügespalten verringert und damit Prozesskräfte beim Einziehen des Lackdrahts erhöht. Dies wirkt sich somit prozesstechnisch negativ aus. Nach Herstellen der Wicklung wird diese üblicherweise nochmals isoliert, z.B. mittels eines zusätzlichen Isolationsmaterials wie Imprägnierharz, welches von außen aufgebracht wird und auch in Spalte eindringt. Auch bei der Verwendung von Lackdraht mit einer Deckschicht aus so genanntem Backlack, welcher angeschmolzen wird und die Lackdrahtwicklungen miteinander verklebt, wird – je nach Anwendungsfall – eine zusätzliche Isolation vorgenommen. Aus der
DE 10 2010 039 168 A1 ist ein Isolierlack bekannt, welcher einen geringen Reibungskoeffizienten und somit einen reduzierten Reibungswiderstand während des Wicklungs- und Einziehvorgangs aufweist. Ein Problem bei diesem Lackdraht ist jedoch, dass bei einer nachfolgenden Imprägnierung ein Anhaften von Material auf der Oberfläche der reibungsarmen Beschichtung nur schlecht bzw. nicht möglich ist. Weiterhin ist aus der
EP 2520623 A1 ein Isolationslack für einen Lackdraht bekannt, welcher einen Basislack und einen dem Basislack zugesetztes Gleitmittel aufweist. Das Gleitmittel ist somit integraler Bestandteil der Beschichtung, so dass lediglich eine einzige Beschichtung auf das Leitermaterial des Lackdrahts aufgebracht werden muss. Das Gleitmittel erschwert jedoch das Aufschmelzen der Beschichtung, so dass nach dem Wickelvorgang ein Verkleben der gewickelten Lackdrähte nur schwierig bzw. nicht möglich ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Lackdraht mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine einfache und sichere Verarbeitbarkeit des Lackdrahts möglich ist und trotzdem nach der Verarbeitung ein Aufbringen eines Imprägnierharzes und/oder ein Verkleben des Lackdrahts problemlos möglich ist. Der erfindungsgemäße Lackdraht umfasst ein als elektrischen Leiter vorgesehenes inneres Leitermaterial, eine das Leitermaterial umgebende erste Beschichtung zur Isolation des Leitermaterials und eine die erste Beschichtung umgebende zweite Beschichtung. Die zweite Beschichtung weist dabei Gleiteigenschaften auf, welche besser sind, als die Gleiteigenschaften der ersten Beschichtung. Die Güte der Gleiteigenschaften kann dabei je nach Anwendungsfall eingestellt werden. Somit kann der erfindungsgemäße Lackdraht zuerst gute Gleiteigenschaften aufweisen, so dass beispielsweise ein Wickeln, auch in engen Nuten oder das Einziehen einer Wicklung in das Lamellenpaket, sicher möglich ist, ohne dass beispielsweise eine Beschädigung des Lacks oder dgl. auftritt. Wenn das Bauteil fertig gewickelt ist, kann z.B. mittels der ersten und/oder zweiten Beschichtung ein Verkleben der Wicklungen erfolgen.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Vorzugsweise erfolgt ein Stoffeigenschaftsändern, insbesondere eine Änderung der Gleiteigenschaften, der zweiten Beschichtung, insbesondere durch Erwärmung oder Bestrahlung. Besonders bevorzugt ist hierbei die Stoffeigenschaftsänderung durch Erwärmung, da diese sehr einfach und kostengünstig ausgeführt werden kann. Somit kann beispielsweise eine Erwärmung des Bauteils und des gewickelten Lackdrahts erfolgen, so dass die Stoffeigenschaftsänderung eintritt. Insbesondere wird die Gleitfähigkeit durch die Erwärmung reduziert und eine Verklebung der Lackdrähte untereinander bewerkstelligt.
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Weiter bevorzugt ist eine Dicke der ersten Beschichtung zur Isolation größer, als eine Dicke der zweiten Beschichtung.
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Weiter bevorzugt umfasst der erfindungsgemäße Lackdraht genau eine (also eine einzige) erste und genau eine (also eine einzige) zweite Beschichtung, wobei die zweite Beschichtung ein Basismaterial und Gleitpartikel umfasst. Somit wird erfindungsgemäß ein zweischichtiger Lackdraht vorgeschlagen, welcher im Vergleich mit einem unbeschichteten inneren Leitermaterial nur eine geringfügige Vergrößerung des Durchmessers aufweist.
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Die erste und zweite Beschichtung sind jeweils bevorzugt konzentrisch um das innere Leitermaterial mit gleichbleibender Dicke entlang des Umfangs vorgesehen. Besonders bevorzugt umfasst die zweite Schicht Backlack. Hierdurch wird ein einfaches und sicheres Verkleben des verarbeiteten Lackdrahts durch Erwärmung möglich. Besonders bevorzugt umfasst die zweite Beschichtung ausschließlich den Backlack und zusätzlich Gleitpartikel für ein verbessertes Gleiten. Beim Erwärmen der zweiten Beschichtung wandern dann die Gleitpartikel insbesondere in den inneren Bereich der zweiten Beschichtung und der Backlack schmilzt und/oder verflüssigt sich, so dass die gewünschte Klebewirkung nach Abstellen der Erwärmung erhalten wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst der Lackdraht ferner eine dritte Beschichtung, welche zwischen der ersten Beschichtung und der zweiten Beschichtung angeordnet ist. Dadurch kann eine individuelle Anpassung und Ausgestaltung der zweiten und dritten Beschichtung ermöglicht werden. Besonders bevorzugt umfasst die dritte Beschichtung Backlack und ist besonders bevorzugt vollständig aus Backlack. Wenn die dritte Beschichtung Backlack umfasst, ist weiter bevorzugt die zweite Beschichtung ausschließlich aus einem Material mit guten Gleiteigenschaften. Alternativ ist die zweite Beschichtung aus einem Backlack und einem Gleitmittel umfassendes Material.
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Weiter bevorzugt bilden die zweite und dritte Beschichtung nach einem Vorgang des Erwärmens eine Mischschicht. Die Mischschicht ist besonders bevorzugt derart ausgestaltet, dass die in der zweiten Beschichtung vorhandenen Gleitpartikel im Inneren der Mischschicht angeordnet sind. Hierdurch wird ein sicheres Verkleben des verarbeiteten Lackdrahts ermöglicht.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Wicklungsbauteils, bei dem ein erfindungsgemäßer Lackdraht verwendet wird. Der Lackdraht wird zur Herstellung des Bauteils der elektrischen Maschine verarbeitet, insbesondere gewickelt, wobei die vorhandenen guten Gleiteigenschaften der zweiten Beschichtung ausgenutzt werden. Anschließend erfolgt ein Schritt des Stoffeigenschaftenänderns der zweiten Beschichtung durch Erwärmung oder Bestrahlung. Hierdurch kann dann ein Schritt des Verklebens des verarbeiteten Lackdrahts ermöglicht werden. Wenn die zweite Beschichtung Backlack umfasst, muss kein zusätzliches Verklebungsharz oder dgl. zugeführt werden, sondern eine Verklebung kann ausschließlich mittels des in der zweiten Beschichtung vorhandenen Backlacks ermöglicht werden.
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Besonders bevorzugt erfolgt im Schritt des Stoffeigenschaftsänderns ein Verkleben des verarbeiteten, insbesondere gewickelten, Lackdrahts durch Schmelzen der zweiten Beschichtung.
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Weiter bevorzugt ist die erste Beschichtung mehrschichtig aufgebaut, wobei mehrere Schichten aus dem gleichen Material vorgesehen werden, um eine besonders sichere Isolation zu ermöglichen.
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Die Erfindung betrifft ferner eine elektrische Maschine, umfassend einen erfindungsgemäßen Lackdraht. Der erfindungsgemäße Lackdraht ist dabei besonders bevorzugt in einer Wicklung der elektrischen Maschine vorhanden.
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Zeichnung
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In der Zeichnung ist:
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1 eine schematische Schnittansicht eines Lackdrahts gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 eine schematische Schnittansicht eines Lackdrahts gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung vor einem Schritt des Stoffeigenschaftenänderns; und
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3 eine schematische Schnittansicht des Lackdrahts von 2 nach einem Schritt des Stoffeigenschaftenänderns.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 1 ein Lackdraht 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
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Der Lackdraht 1 umfasst ein inneres Leitermaterial 2, welches aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt ist und als elektrischer Leiter dient. Das innere Leitermaterial 2 kann beispielsweise Kupfer, Aluminium, Silber oder eine entsprechende Legierungen sein.
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Das innere Leitermaterial 2 ist von einer ersten Beschichtung 3 umgeben, welche ihrerseits von einer zweiten Beschichtung 4 umgeben ist.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, sind die erste Beschichtung 3 und die zweite Beschichtung 4 konzentrisch zum inneren Leitermaterial 2 angeordnet. Dabei ist eine Dicke der jeweiligen Beschichtung entlang des Umfangs möglichst gleichbleibend. Die erste Beschichtung ist eine Isolationsbeschichtung, um das Leitermaterial zu isolieren. Wie in 1 angedeutet, ist die erste Beschichtung 3 mehrschichtig, in diesem Ausführungsbeispiel durch drei Schichten, aufgebaut. Alle Schichten sind aus dem gleichen Material hergestellt. Die mehrschichtige erste Beschichtung 3 wird dabei durch mehrmaliges Aufbringen des Beschichtungsmaterials erhalten.
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Die zweite Beschichtung 4 ist aus einem anderen Material als die erste Beschichtung 3 hergestellt. Die zweite Beschichtung 4 weist dabei Gleiteigenschaften auf, welche besser sind, als die Gleiteigenschaften der ersten Beschichtung 3. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Lackdraht während eines Verarbeitungsvorgangs, z.B. einem Wickelvorgang oder Einziehvorgang, gute Gleiteigenschaften aufweist, so dass einerseits ein leichtes und schnelles Wickeln ermöglicht wird und andererseits eine Beschädigung des Lackdrahts möglichst vermieden wird.
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In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die zweite Beschichtung 4 Backlack und Gleitpartikel, welche integraler Bestandteil der zweiten Beschichtung sind. Die Gleitpartikel sind besonders bevorzugt in der Mehrzahl an einem äußeren Umfang der zweiten Beschichtung vorgesehen, um während der Montage ein sicheres Gleiten zu ermöglichen. Hierbei kann der Anteil der Gleitpartikel jeweils in Abhängigkeit von dem Verarbeitungsvorgang gewählt werden. Beispielsweise umfasst die zweite Beschichtung 4 ca. 80 Gew.-% Backlack und 20 Gew.-% Gleitpartikel.
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Nach dem Verarbeitungsvorgang erfolgt dann ein Schritt des Erwärmens des Lackdrahts, so dass der Backlack in der zweiten Beschichtung 4 schmilzt. Hierdurch kann bei einer Wicklung ein Verkleben von zueinander benachbarten Lackdrahtabschnitten erreicht werden. Die Erwärmung führt dabei zu einer Änderung der Oberflächeneigenschaften, da die Gleitpartikel verstärkt ins Innere der zweiten Beschichtung 4 wandern, so dass ein sicheres Verkleben erreicht wird. Alternativ kann ein Verkleben innerhalb der Wicklung auch mittels eines externen zusätzlichen Harzmaterials oder dgl. erfolgen, wobei durch die Erwärmung die guten Gleiteigenschaften reduziert werden, so dass ein sicheres Haften des zusätzlichen Harzmaterials in Verbindung mit dem Backlack vorhanden sind.
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Die 2 und 3 zeigen einen Lackdraht 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das zweite Ausführungsbeispiel umfasst zusätzlich noch eine dritte Beschichtung 5. Die dritte Beschichtung 5 ist ebenfalls konzentrisch zum inneren Leitermaterial 2 angeordnet und ist ferner zwischen der ersten Beschichtung 3 und der zweite Beschichtung 4 angeordnet. Die erste Beschichtung 3 ist wiederum aus einem Isolationsmaterial hergestellt und mehrschichtig aufgebaut. Die dritte Beschichtung 5 umfasst ausschließlich Backlack. Die zweite Beschichtung 4 umfasst Gleitpartikel 40 und ist besonders bevorzugt ausschließlich aus einem Material mit sehr guten Gleiteigenschaften bzw. sehr guten Oberflächengleiteigenschaften hergestellt, z.B. Isolierlacke auf Basis von Polymeren, z.B. Polyamidimiden, die mit terminalen längerkettigen Alkylgruppen modifiziert sind, oder Isolierlacke, deren Polymere mit Polysiloxanen funktionalisiert sind.
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Somit kann der Lackdraht 1 durch die die sehr guten Gleiteigenschaften aufweisende zweite Beschichtung 4 einfach verarbeitet werden und anschließend erfolgt der Schritt des Erwärmens, um den Lackdraht 1 mit benachbarten Lackdrahtabschnitten zu verkleben. Dieser Zustand ist in 3 schematisch angedeutet. Durch das Erwärmen schmilzt die dritte Beschichtung 5, welche ausschließlich Backlack umfasst, so dass Gleitpartikel 40 der zweiten Beschichtung 4 in die dritte Beschichtung 5 hineinwandern. Hierdurch ergibt sich eine Mischschicht 6, welche schematisch in 3 eingezeichnet ist.
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Somit wird erfindungsgemäß ein mehrschichtiger Lackdraht 1 vorgeschlagen, welcher Schichten mit Verbacklackeigenschaften und Schichten mit guten Gleiteigenschaften aufweist, wobei die guten Gleiteigenschaften während des Weiterverarbeitungsvorgangs durch Stoffeigenschaftsändern reduziert werden, so dass ein guter Verbackungsvorgang ermöglicht wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010039168 A1 [0002]
- EP 2520623 A1 [0002]
