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Die Erfindung betrifft Mittel zur elektrischen Isolierung blanker Elemente, insbesondere aus Kupfer, einer elektrischen Maschine im Bereich ihrer Stator-Wickelköpfe.
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Es sind elektrische Maschinen der Anmelderin bekannt, welche einen Stator mit einem sogenannten I-Pin-Design aufweisen, welche mit einem Lack oder Kunststoff beschichtet sind. Die I-Pins werden in eine Nut eines Stator-Blechpakets eingebaut und mittels Isolationspapier und Imprägnierharz fixiert bzw. isoliert. Im Bereich eines Stator-Wickelkopfs können die I-Pins miteinander stoffschlüssig verbunden, insbesondere verschweißt, werden, so dass sich Schweißperlen mit einer blanken Kupferoberfläche ausbilden.
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Sowohl diese als auch andere blanke Kupferstellen, z.B. Anschlusselemente von Stromschienen der elektrischen Maschine, im Bereich des Wickelkopfes werden entweder in einem Verguss- bzw. Träufelprozess mit Hilfe flüssiger Harze oder in einem Pulvertauchverfahren mit Hilfe pulverförmiger Harze beschichtet. Die dadurch aufgebrachte Beschichtung trägt zur elektrischen Isolation bei und vermindert eine Kurzschlussgefahr zwischen blanken, naheliegenden Kupferoberflächen.
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Derartige Beschichtungsverfahren erfordern jedoch hohe Investitionskosten in Anlagen, z.B. für entsprechende Dosier- und Ofentechnologien zur Verarbeitung der Harze. Weiterhin ist ein aufwendiges Handling erforderlich aufgrund komplexer Beladungs- und Entladungssysteme für Statoren sowie aufgrund notwendiger Abschirmungsmaßnahmen von nicht zu beschichtenden Stromschienen. Ferner ist in der Regel ein Nacharbeiten notwendig, z.B. in Form von Abbürsten bzw. Abschleifen von Harzresten von Bauteilen. Außerdem sind zusätzliche Schutzmaßnahmen im Fertigungsbereich hinsichtlich der hohen Temperaturen, der während des Beschichtungsprozesses in die Luft freigesetzten Pulverpartikel sowie der in einem Aushärteprozess entstehenden gesundheitsgefährdenden Abdämpfe notwendig.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, alternative Mittel zur elektrischen Isolierung blanker Elemente, insbesondere aus Kupfer, einer elektrischen Maschine im Bereich ihrer Stator-Wickelköpfe bereitzustellen, welche die vorstehend beschriebenen Nachteile beseitigen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren.
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Die erfindungsgemäße Plastikkappe nach Anspruch 1 dient der elektrischen Isolation eines Wickelkopfs eines Stators einer elektrischen Maschine. Die Plastikkappe umfasst einen ringförmigen Grundkörper, welcher Aufnahmen aufweist, die dazu eingerichtet sind, Pins im Bereich des Wickelkopfs des Stators der elektrischen Maschine aufzunehmen und gegenüber anderen Pins elektrisch zu isolieren.
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Die erfindungsgemäße Plastikkappe nach Anspruch 2 dient der elektrischen Isolation einer Stromschiene einer elektrischen Maschine. Die Plastikkappe umfasst einen im Querschnitt U-förmigen Grundkörper, welcher dazu eingerichtet ist, ein Anschlusselement der Stromschiene wenigstens bereichsweise aufzunehmen und gegenüber einer Innenwand eines Gehäuses der elektrischen Maschine elektrisch zu isolieren.
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Die erfindungsgemäßen Endkappen können im Bereich der Stator-Wickelköpfe aufgebracht bzw. aufgesetzt werden und dienen insbesondere dem Zweck der elektrischen Isolation des blanken Kupfer-Wickelkopfbereichs am Stator bzw. der elektrischen Isolation von Anschlusselementen der Stromschiene gegenüber der Innenwand des Gehäuses der elektrischen Maschine. Die erfindungsgemäßen Endkappen ermöglichen insbesondere Investitionskosten (z.B. Anlagenkosten), Prozesskosten und Personalkosten einzusparen sowie notwendige Schutzmaßnahmen zu verringern. Weiterhin sind die Plastikkappen besonders einfach zu montieren, so dass eine deutlich geringere Durchlaufzeit ermöglicht wird.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Plastikkappe aus einem Hochleistungskunststoff hergestellt. Die Herstellung kann dabei z.B. in einem Spritzgussverfahren erfolgen. Hochleistungskunststoffe ermöglichen eine besonders effektive elektrische Isolation und können eine besonders hohe thermische Beständigkeit während des Betriebs der elektrischen Maschine gewährleisten.
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Weiterhin ist vorteilhaft vorgesehen, dass die Grundkörper wenigstens bereichsweise mit einer flexiblen Schicht beschichtet sind. Bevorzugt sind insbesondere die Aufnahmen der Grundkörper bzw. Innenseiten des U-förmigen Grundkörpers mit der flexiblen Schicht beschichtet. Im Betrieb sind die Bestandteile der elektrischen Maschine Vibrationen ausgesetzt. Durch Auftragen der zusätzlichen, flexiblen Schicht zwischen den zu isolierenden Oberflächen, insbesondere aus Kupfer, und den Plastikkappen können die entstehenden Vibrationen gedämpft werden.
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In diesem Zusammenhang ist vorteilhaft vorgesehen, dass die flexible Schicht aus einer Zwei-Komponenten-Masse besteht. Eine solche Zwischenschicht, z.B. eine Zwei-Komponenten-Klebemasse, eine Zwei-Komponenten-Dichtmasse oder eine Zwei-Komponenten-Vergussmasse kann vorteilhaft vor einer Montage der jeweiligen Endkappe durch Dispensen auf die Endkappe aufgetragen werden.
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Ferner kann die Plastikkappe Durchbrüche aufweisen, welche zum Durchführen eines Abschnitts der Stromschiene eingerichtet sind. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Plastikkappe als eine Endkappe für eine Anschlussseite eines Stator-Wickelkopfes eingesetzt wird.
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Ferner umfasst ein erfindungsgemäßer Stator für eine elektrische Maschine eine erste vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Plastikkappe, wobei Aufnahmen der ersten Plastikkappe Pins im Bereich eines Wickelkopfs auf einer Anschlussseite des Stators der elektrischen Maschine aufnehmen und gegenüber anderen Pins elektrisch isolieren. Weiterhin umfasst der Stator eine zweite vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Plastikkappe, wobei Aufnahmen der zweiten Plastikkappe Pins im Bereich eines Wickelkopfs auf einer Regelseite des Stators der elektrischen Maschine aufnehmen und gegenüber anderen Pins elektrisch isolieren.
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Die Pins können vorteilhaft durch extrudierte Pins gebildet werden. Ein extrudierter Pin umfasst dabei insbesondere einen Flachleiter mit einer thermoplastischen Kunststoffummantelung. Eine Kombination eines derartigen extrudierten Pins mit einer Plastikkappe ermöglicht, insbesondere beim Einsatz von Hochleistungskunststoffen, eine konventionelle Primär- und Sekundärisolation, z.B. mittels Lackdraht, einer Nutisolation oder Verguss zu ersetzen.
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Eine erfindungsgemäße elektrische Maschine umfasst einen vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Stator. Weiterhin umfasst die elektrische Maschine drei dritte vorstehend beschriebene, erfindungsgemäße Plastikkappen, wobei jeweils ein im Querschnitt U-förmiger Grundkörper der Plastikkappen ein Anschlusselement z.B. einer von drei Drehstrom-Stromschiene der elektrischen Maschine wenigstens bereichsweise aufnimmt und gegenüber einer Innenwand eines Gehäuses der elektrischen Maschine elektrisch isoliert.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt
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1 eine perspektivische Ansicht eines bekannten Stator-Wickelkopfs mit beschichteten Schweißperlen,
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2 eine perspektivische Ansicht eines weiteren bekannten Stator-Wickelkopfs mit alternativ beschichteten Schweißperlen,
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3 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Plastikkappe,
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3a eine vergrößerte Teilansicht der Plastikkappe nach 3,
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4 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Plastikkappe,
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4a eine vergrößerte Teilansicht der Plastikkappe nach 4,
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5 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer weiteren erfindungsgemäßen Plastikkappe,
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6 eine perspektivische Teil-Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine und
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7 eine perspektivische Teilansicht eines Stators mit extrudierten Pins.
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1 und 2 zeigen einen Wickelkopf 1 eines Stators 2 mit elektrischen Kupfer-Leitern in Form von I-Pins 3. In dem Bereich des Wickelkopfs 1 wurden die I-Pins 3 miteinander verschweißt, so dass sich Schweißperlen 4 mit einer blanken Kupferoberfläche ausgebildet haben. 1 zeigt die Schweißperlen 4, welche in einem Verguss- bzw. Träufelprozess mit Hilfe flüssiger Harze beschichtet worden sind. 2 zeigt die Schweißperlen 4, welche alternativ in einem Pulvertauchverfahren mit Hilfe pulverförmiger Harze beschichtet worden sind. Die durch 1 und 2 gezeigten Beschichtungen tragen zur elektrischen Isolation und zur Verminderung des Kurzschlussrisikos zwischen blanken, naheliegenden Kupferoberflächen bei.
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3 zeigt eine Plastikkappe zur elektrischen Isolation eines Wickelkopfs eines Stators 2 einer elektrischen Maschine, z.B. eines Stator-Wickelkopfs 1 nach 1 und 2 ohne Beschichtung. Die Plastikkappe ist aus einem Hochleistungskunststoff gefertigt, stellt eine Endkappe 5 für eine Anschlussseite eines Stators 2 (siehe 6) dar und weist einen ringförmigen Grundkörper 6 auf. Der Grundkörper 6 umfasst Aufnahmen 7, welche dazu eingerichtet sind, Pins (z.B. die durch 1 und 2 gezeigten I-Pins 3 ohne Beschichtung) im Bereich des Wickelkopfs 1 des Stators 2 der elektrischen Maschine aufzunehmen und gegenüber anderen Pins 3 elektrisch zu isolieren.
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Wie besonders gut in 3a zu erkennen ist, umfasst eine Aufnahme 7 jeweils einen Sektor-förmigen Flächenabschnitt 8 des Grundkörpers 6, wobei der Flächenabschnitt 8 durch zwei quer zum Flächenabschnitt 8 abstehende Stege 9 und 10 seitlich begrenzt ist. Zu einem Innenumfang Ui des ringförmigen Grundkörpers 6 hin laufen die Stege 9 und 10 offen aus. Ein Außenumfang Ua des ringförmigen Grundkörpers 6 erstreckt sich umlaufend quer zu den Flächenabschnitten 8 in der gleichen Höhe wie die Stege 9 und 10. Auf diese Weise verbindet der Außenumfang Ua jeweils zwei unmittelbar benachbarte Stege 9 und 10 miteinander. Einige der Stege (z.B. der in 3 und 3a mit dem Bezugszeichen 9‘ bezeichnete Steg) sind gegenüber den anderen Stegen 9 und 10 breiter ausgeführt und weisen einen Durchbruch 11 auf, welcher gegenüberliegende Oberflächen des ringförmigen Grundkörpers 6 miteinander verbindet. Die Aufnahmen 7 sind radial nach außen begrenzt und radial nach innen offen. Die Endkappe 5 kann derart auf Wickelköpfe 1 aufgesetzt werden, dass insbesondere blanke Enden benachbarter verschweißter I-Pins 3 zwischen zwei benachbarten Stegen 9 bzw. 9‘ und 10 verlaufen und von Letzteren gegeneinander elektrisch isoliert sind. Abschnitte von Stromschienen (siehe 6) können durch Durchbrüche 11 geführt werden. Dabei können die blanken Enden verschweißter I-Pins 3 beispielsweise an den Flächenabschnitten 8 der Aufnahmen 7 anliegen.
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4 zeigt eine weitere Plastikkappe zur elektrischen Isolation eines Wickelkopfs eines Stators 2 einer elektrischen Maschine, z.B. eines Stator-Wickelkopfs 1 nach 1 und 2 ohne Beschichtung. Die Plastikkappe ist aus einem Hochleistungskunststoff hergestellt, stellt eine Endkappe 5 für eine Regelseite eines Stators 2 (siehe 6) dar und weist einen ringförmigen Grundkörper 6 auf. Der Grundkörper 6 umfasst Aufnahmen 7, welche dazu eingerichtet sind, Pins (z.B. die durch 1 und 2 gezeigten I-Pins 3 ohne Beschichtung) im Bereich des Wickelkopfs 1 des Stators 2 der elektrischen Maschine aufzunehmen und gegenüber anderen Pins 3 elektrisch zu isolieren.
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Wie besonders gut in 4a zu erkennen ist, umfasst eine Aufnahme 7 jeweils einen Sektor-förmigen Flächenabschnitt 8 des Grundkörpers 6, wobei der Flächenabschnitt 8 durch zwei quer zum Flächenabschnitt 8 abstehende Stege 9 und 10 seitlich begrenzt ist. Ein Innenumfang Ui und ein Außenumfang Ua des ringförmigen Grundkörpers 6 erstreckt sich umlaufend quer zu den Flächenabschnitten 8 in der gleichen Höhe wie die Stege 9 und 10. Auf diese Weise verbinden der Innenumfang Ui und der Außenumfang Ua jeweils zwei unmittelbar benachbarte Stege 9 und 10 miteinander. Die Aufnahmen 7 sind somit radial nach innen und nach außen begrenzt. Die Endkappe 5 kann derart auf Wickelköpfe 1 aufgesetzt werden, dass insbesondere blanke Enden benachbarter verschweißter I-Pins 3 zwischen zwei benachbarten Stegen 9 und 10 verlaufen und von Letzteren gegeneinander elektrisch isoliert sind. Dabei können die blanken Enden verschweißter I-Pins 3 beispielsweise an den Flächenabschnitten 8 der Aufnahmen 7 anliegen.
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Aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit sind in 3, 3a, 4 und 4a jeweils nur eine Aufnahme 7 und ein Durchbruch 8 mit einem Bezugszeichen versehen.
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5 zeigt eine Plastikkappe zur elektrischen Isolation einer Stromschiene (siehe 6) einer elektrischen Maschine. Die Plastikkappe ist aus einem Hochleistungskunststoff hergestellt, stellt ein Klemmstück 12 für ein Anschlusselement der Stromschiene (siehe 6) dar und weist einen im Querschnitt U-förmigen Grundkörper 13 auf. Der Grundkörper umfasst eine erste Innenseite 14 eines ersten Schenkels 15 des Grundkörpers 13, eine zweite Innenseite 16 eines zweiten Schenkels 17 des Grundkörpers 13 sowie eine dritte Innenseite 18 eines Stegs 19 des Grundkörpers 13, wobei der Steg 19 die Schenkel 15, 17 miteinander verbindet und zu beiden Schenkeln 15, 17 senkrecht steht. Die drei Innenseiten 14, 16, 18 können ein Anschlusselement der Stromschiene (siehe 6) bereichsweise aufnehmen und gegenüber einer nicht gezeigten Innenwand eines Gehäuses der elektrischen Maschine elektrisch isolieren.
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Die Aufnahmen 7 der Grundkörper 6 der Endkappen 5 nach 3 und 4 sowie die Innenseiten 14, 16, 18 des Grundkörpers 13 des Klemmstücks 12 nach 5 sind jeweils mit einer flexiblen Schicht aus einer Zwei-Komponenten-Masse beschichtet.
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6 zeigt einen Stator 2 einer nicht näher dargestellten elektrischen Maschine M. Der Stator 2 umfasst eine erste Endkappe 5 nach 3, wobei die Aufnahmen 7 der ersten Endkappe 5 I-Pins 3 im Bereich eines Wickelkopfs 1 auf einer in 6 oben dargestellten Anschlussseite 20 des Stators 1 der elektrischen Maschine M aufnehmen und gegenüber anderen I-Pins 3 elektrisch isolieren. Durch die Durchbrüche 11 (3, 3a) des Grundkörpers 6 der Endkappe 5 ist jeweils ein Abschnitt einer Stromschiene 21 mit Neutralbrücke N geführt, wobei insgesamt drei Stromschienen 21 zum Anschluss an ein einen Inverter vorgesehen sind.
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Der Stator 2 umfasst weiterhin eine zweite Endkappe 5 nach 4, wobei die Aufnahmen 7 der zweiten Endkappe 5 I-Pins 3 im Bereich eines Wickelkopfs 1 auf einer in 6 unten dargestellten Regelseite 22 des Stators 2 der elektrischen Maschine M aufnehmen und gegenüber anderen I-Pins 3 elektrisch isolieren.
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Die elektrische Maschine M umfasst ferner drei Klemmstücke 12 nach 5, wobei jeweils der im Querschnitt U-förmige Grundkörper 13 der Klemmstücke 12 ein Anschlusselement 23 einer der drei Stromschienen 21 der elektrischen Maschine bereichsweise aufnimmt und gegenüber einer nicht gezeigten Innenwand eines Gehäuses der elektrischen Maschine M elektrisch isoliert.
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7 zeigt einen weiteren Wickelkopf 1 eines Stators 2 mit elektrischen Kupfer-Leitern in Form von extrudierten Pins 24. Die extrudierten Pins umfassen jeweils einen Flachleiter 25 mit einer thermoplastischen Kunststoffummantelung 26. Auf die extrudierten Pins 24 können Plastikklemmen, z.B. solche nach 3 und 4 aufgesetzt werden, wodurch ermöglicht wird, dass eine konventionelle Primär- und Sekundärisolation, z.B. mittels Lackdraht, einer Nutisolation oder Verguss entfallen kann.
