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Die Erfindung betrifft eine Isoliereinlage für eine Spule einer elektrodynamischen Maschine, eine Spule sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Isoliereinlage für eine Spule einer elektrischen Maschine.
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Hintergrund
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Isoliereinlagen dienen in einer Spule einer elektrischen oder elektrodynamischen Maschine zur elektrischen Primärisolation. Solche Isoliereinlagen werden aus einem Flächenisoliermaterial hergestellt, wie es beispielsweise unter dem Handelsnamen Nomex als Papiereinlage bekannt ist.
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Zusammenfassung
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Isoliereinlage für eine Spule einer elektrodynamischen Maschine und ein Verfahren zum Herstellen sowie eine Spule anzugeben, bei denen die Isoliereinlage unter Beibehaltung der elektrischen Isolierwirkung mit einer dreidimensionalen Formgebung für verschiedene Anwendungsfälle bereitgestellt werden kann.
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Zur Lösung sind eine Isoliereinlage für eine Spule einer elektrodynamischen Maschine nach dem unabhängigen Anspruch sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Isoliereinlage für eine Spule einer elektrodynamischen Maschine nach dem unabhängigen Anspruch 14 geschaffen. Weiterhin ist eine Spule für eine elektrodynamische Maschine nach dem nebengeordneten Anspruch 13 geschaffen. Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.
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Nach einem Aspekt ist eine Isoliereinlage für eine Spule einer elektrodynamischen Maschine geschaffen. Die Isoliereinlage weist einen elektrisch isolierenden Einlagenkörper auf, welcher eine dreidimensionale Formgebung aufweist. Es ist eine Schichtanordnung vorgesehen, mit der der elektrisch isolierende Einlagenkörper zumindest abschnittsweise gebildet ist. Die Schichtanordnung weist eine erste Schicht auf, die aus einem ersten Flächenisoliermaterial ist und einen von einem Rand der ersten Schicht ausgehenden und die Ausbildung der dreidimensionalen Formgebung unterstützenden Trennschnitt aufweist, in dessen Bereich aufgrund der dreidimensionalen Formgebung einander zugeordnete Trennkannten aus einer parallelen Stellung beim Ausbilden des Trennschnitts in eine nicht-parallele Stellung zueinander verlagert sind.
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Nach einem weiteren Aspekt ist eine Spule für eine elektrische Maschine geschaffen, die wenigstens eine solche Isoliereinlage aufweist.
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Weiterhin ist nach einem Aspekt ein Verfahren zum Herstellen einer Isoliereinlage für eine Spule einer elektrodynamischen Maschine geschaffen, welches Folgendes aufweist: Bereitstellen eines ersten Zuschnitts aus einem ersten Flächenisoliermaterial, wobei der erste Zuschnitt einen von einem Rand des ersten Zuschnitts ausgehenden Trennschnitt mit einander zugeordneten Trennkanten aufweist; Ausbilden einer Schichtanordnung mit einer ersten Schicht, die von dem ersten Zuschnitt gebildet wird; und Herstellen eines elektrisch isolierenden Einlagenkörpers mit einer dreidimensionalen Formgebung, wobei hierbei die Schichtanordnung dreidimensional verformt wird, derart, dass die einander zugeordneten Trennkannten aus einer parallelen Stellung beim Ausbilden des Trennschnitts in eine nicht-parallele Stellung zueinander verlagert werden.
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Die vorgesehene Ausbildung der Schichtanordnung für den elektrisch isolierenden Einlagenkörper ermöglicht es, auf effiziente und variable Art und Weise Einlagenkörper mit dreidimensionaler Formgebung für Spulen elektrischer oder elektrodynamischer Maschinen bereitzustellen.
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Aufgrund der dreidimensionalen Formgebung bietet sich unter anderem die vorteilhafte Möglichkeit, die Isoliereinlage bereits beim Wickelprozess in das Produkt einzubringen.
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Abschnitte der ersten Schicht, die sich auf einer von dem Trennschnitt abgewandten Seite an die jeweilige Trennkannte anschließen, können überlappen. Es kann so eine geschlossene Fläche gebildet sein, sodass in dem Bereich der Trennkanten keine Öffnung durch die erste Schicht hindurch gebildet ist.
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Die Schichtanordnung kann eine Mehrschichtanordnung sein, bei welcher im Bereich des Trennschnitts aufgrund der dreidimensionalen Formgebung eine Öffnung der ersten Schicht ausgebildet ist. Die Mehrschichtanordnung kann eine zweite Schicht aufweisen, die aus einem zweiten Flächenisoliermaterial ist und auf der ersten Schicht haftend angeordnet ist, derart, dass die Öffnung von der zweiten Schicht bedeckt ist.
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Die zweite Schicht kann entlang Abschnitten der ersten Schicht, die die Öffnung umgeben oder begrenzen, durchgehend mit der ersten Schicht überlappen. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Öffnung in der ersten Schicht entlang der Abschnitte der ersten Schicht, die die Öffnung umgeben, umlaufend durchgehend mit einer Überlappung abgedeckt oder überdeckt ist, was die elektrische Durchschlagfestigkeit des Einlagenkörpers und/oder die notwendige Länge der Luft- und Kriechstrecken unterstützt.
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Die zweite Schicht kann in einem Bereich des Trennschnitts, in welchem die Öffnung nicht ausgebildet ist, nicht überdeckend ausgebildet sein. Der Bereich des Trennschnitts, in welchem die Öffnung nicht ausgebildet ist, ist frei von der Öffnung. In diesem Bereich des Trennschnitts liegen gegenüberliegende Trennkanten des ersten Flächenisoliermaterials in der ersten Schicht innerhalb von Fertigungstoleranzen aneinander, sodass in diesem Bereich keine Öffnung durch die erste Schicht hindurch gebildet ist. Alternativ kann die zweite Schicht zusätzlich diesen Bereich, in welchem die Öffnung nicht ausgebildet ist, auch über- oder abdecken, beispielsweise derart, dass die zweite Schicht entlang der einander gegenüberliegenden Trennkanten beidseitig und entlang des Trennschnitts durchgehend mit der ersten Schicht überlappt. Die Bereiche des Trennschnitts, welche mit und ohne die Öffnung gebildet sind, können beidseitig eines Knick- oder Kantenbereichs des Einlagenkörpers angeordnet sein.
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Der Bereich des Trennschnitts, in welchem die Öffnung nicht ausgebildet ist, kann in einem Schichtabschnitt der ersten Schicht angeordnet sein, welcher zu einem benachbarten Schichtabschnitt der ersten Schicht abgewinkelt ist, in welchem die Öffnung ausgebildet ist.
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Die Öffnung kann eine V-Form aufweisen. Bei dieser oder anderen Ausführungsformen können die entlang des Trennschnitts verlaufenden Trennkanten voneinander weg aufgespreizt sein, wodurch die dreidimensionale Formgebung des Einlagenkörpers unterstützt ist.
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Das erste Flächenisoliermaterial kann von dem zweiten Flächenisoliermaterial verschieden sein. Alternativ kann das erste Flächenisoliermaterial dem zweiten Flächenisoliermaterial entsprechen, sodass die erste und die zweite Schicht aus dem gleichen Flächenisoliermaterial bestehen.
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Das erste Flächenisoliermaterial und / oder das zweite Flächenisoliermaterial kann aus einem Duroplast-Werkstoff gebildet sein, welcher zumindest einen Zusatzwerkstoff enthält. Bei dieser oder anderen Ausführungsformen sind das erste und / oder das zweite Flächenisoliermaterial temperaturbeständig bis etwa 200°C, alternativ bis etwa 220°C. Hierdurch weist auch der elektrisch isolierende Einlagenkörper eine solche Temperaturbeständigkeit auf. Der Duroplast-Werkstoff kann einen Feststoff-Zusatz enthalten, beispielsweise Glas und / oder Glimmer. Für das erste und / oder das zweite Flächenisoliermaterial können an sich bekannte Isoliermaterialien verwendet werden, wie sie beispielsweise unter dem Handelsnamen Nomex-Papier oder Nomex-Pappe bekannt sind. Insbesondere das zweite Flächenisoliermaterial kann ein Gewebematerial sein.
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Die Mehrschichtanordnung kann eine dritte Schicht aufweisen, die aus einem dritten Flächenisoliermaterial ist und auf der ersten Schicht haftend angeordnet ist, derart, dass die Öffnung von der dritten Schicht bedeckt ist. Allgemein kann die Mehrschichtanordnung mehr als zwei Schichten aufweisen. Die dritte Schicht kann auf einer Gegenseite zu der Seite angeordnet sein, auf welcher die zweite Schicht in Bezug auf die erste Schicht angeordnet ist. Das dritte Flächenisoliermaterial kann gleich dem ersten oder dem zweiten Flächenisoliermaterial oder hiervon verschieden sein. Die dritte Schicht kann in einer Ausführungsform einstückig mit der zweiten Schicht gebildet sein, beispielsweise dadurch, dass das zweite Flächenisoliermaterial um einen Rand der ersten Schicht herum auf die Gegenseite umgeschlagen ist. Bei dieser Ausführungsform sind die zweite und die dritte Schicht aus einem Stück und aus demselben Material. Im Übrigen können die in Verbindung mit der zweiten Schicht erläuterten Ausgestaltungen einzeln oder in beliebiger Kombination mit der dritten Schicht vorgesehen sein.
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Der elektrisch isolierende Einlagenkörper kann eine Montageeinrichtung aufweisen, die eingerichtet ist, den Einlagenkörper bei einer Spulenherstellung auf einem Wickelwerkzeug lösbar zu montieren. Die Montageeinrichtung kann einen oder mehrere schwenkbare Montageabschnitte oder -elemente aufweisen, beispielsweise eine oder mehrere Laschen, die relativ zu einem mittleren Abschnitt des Einlagenkörpers verlagerbar sind, insbesondere schwenkbar. Der eine oder die mehreren schwenkbaren Montageabschnitte können endseitig an dem mittleren Abschnitt des Einlagenkörpers angeordnet sein, wahlweise ein- oder beidseitig. Die Montageabschnitte können in verschiedenen Ausführungsformen eingerichtet sein, den elektrisch isolierenden Einlagenkörper auf einem Trägerbauteil aufzuklipsen, insbesondere in einem Wickelwerkzeug, welches ggenutzt wird, um eine Wicklung für eine Spule herzustellen.
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Die Montageeinrichtung kann frei von Trennschnitten sein. Die Montageeinrichtung kann an gegenüberliegenden Enden des elektrisch isolierenden Einlagenkörpers einander zugeordnete Verbindungselemente aufweisen, die bei der Montage des Einlagenkörpers lösbar miteinander verbunden werden können, beispielsweise mittels gegenseitigem Ein- oder Durchstecken von Laschen. Die Schichtanordnung kann sich in den Bereich der Montageeinrichtung erstrecken, wobei die Schichtanordnung, insbesondere hinsichtlich der Schicht bzw. der Schichten und / oder deren, gegebenenfalls gestapelter, Anordnung, im Bereich der Montageeinrichtung gleich oder verschieden von der Schichtanordnung in Bereichen außerhalb der Montageeinrichtung sein kann.
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Die erste Schicht der Schichtanordnung kann mindestens einen weiteren vom Rand der ersten Schicht ausgehenden und die Ausbildung der dreidimensionalen Formgebung unterstützenden Trennschnitt aufweisen, in dessen Bereich aufgrund der dreidimensionalen Formgebung eine weitere Öffnung der ersten Schicht ausgebildet ist. Bei einer Mehrschichtanordnung kann die weitere Öffnung von der zweiten Schicht bedeckt sein. Die weitere Öffnung kann gleich oder verschieden von der Öffnung ausgebildet sein, beispielsweise hinsichtlich der Umrissform der gebildeten Öffnung. Der mindestens eine weitere Trennschnitt kann gleich oder verschieden von dem Trennschnitt ausgebildet sein, beispielsweise hinsichtlich einer Trennschnittlänge. Im Übrigen können die in Verbindung mit der Öffnung erläuterten Ausgestaltungsformen einzeln oder in beliebiger Kombination mit der weiteren Öffnung entsprechend vorgesehen sein.
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Der Trennschnitt und der weitere Trennschnitt können im Bereich gegenüberliegender Ränder der ersten Schicht angeordnet sein. Entlang des Randes sowie des gegenüberliegenden Randes der ersten Schicht kann jeweils eine Anordnung mit mehreren Trennschnitten vorgesehen sein, wobei die Trennschnitte an den gegenüberliegenden Rändern wahlweise in Längsrichtung des Einlagekörpers seitlich versetzt zueinander angeordnet sind. Alternativ können mehrere Trennschnitte auch nur im Bereich eines Randes auf einer Seite der ersten Schicht vorgesehen sein. Bei dieser oder anderen Ausführungsformen können ein oder mehrere Trennschnitte ausschließlich entlang einer Längsseite der ersten Schicht oder auf einer oder mehreren Längsseiten sowie einer oder mehreren Querseiten angeordnet sein.
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Der Trennschnitt und der weitere Trennschnitt können in Längsrichtung des Einlagenkörpers seitlich versetzt zueinander angeordnet sein.
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Die erste Schicht und die zweite Schicht können im Wesentlichen vollständig flächig überlappen. Auf diese Weise kann die Mehrschichtanordnung den Einlagenkörper vollständig erfassend ausgebildet sein.
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Ergänzend kann auch die zweite Schicht der Mehrschichtanordnung einen oder mehrere die dreidimensionale Formgebung unterstützende Trennschnitte aufweisen. Abschnitte der jeweiligen Schicht zwischen Trennschnitten, zum Beispiel zwischen benachbarten Trennschnitten, können die Über- oder Bedeckung für eine oder mehrere Öffnungen im Bereich der Trennschnitte der anderen Schicht bilden.
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Bei der Spule für die elektrische Maschine kann vorgesehen sein, dass diese mehrere Isoliereinlagen aufweist, die wahlweise zusammen eine durchgehende Gesamtisoliereinlage bilden können.
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In Verbindung mit dem Verfahren zum Herstellen einer Isoliereinlage für eine Spule einer elektrischen Maschine können die vorangehend im Zusammenhang mit der Isoliereinlage erläuterten Ausgestaltungen einzeln oder in beliebiger Kombination entsprechend vorgesehen sein.
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Die Flächenisoliermaterialien für die erste und die zweite Schicht können einzeln oder beide als flache oder ebene Zuschnitte bereitgestellt werden.
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Das haftende Verbinden, insbesondere mittels Zuführung von Wärmeenergie zum Erhitzen der Mehrschichtanordnung, kann vor, während und / oder nach der dreidimensionalen Verformung ausgeführt werden. In diesem Zusammenhang kann ein Schritt zum Verbacken vorgesehen sein. Die haftende Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Schicht kann mittels Verkleben ausgebildet werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Mehrschichtanordnung zunächst bei Raumtemperatur hergestellt wird und diese Mehrschichtanordnung vor, während und / oder nach der dreidimensionalen Verformung zum Ausbilden der haftenden Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Schicht erhitzt wird.
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Die dreidimensionale Formung der Schichtanordnung kann beispielsweise ein Heißprägen umfassen.
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Figurenliste
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Im Folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
- 1 eine schematische perspektivische Darstellung einer elektrisch isolierenden Isoliereinlage für eine Spule einer elektrodynamischen Maschine mit dreidimensionaler Formgebung;
- 2 eine schematische Darstellung in Verbindung mit einem Verfahren zum Herstellen einer Isoliereinlage für eine Spule einer elektrodynamischen Maschine mit dreidimensionaler Formgebung;
- 3 eine schematische Darstellung eines ersten Zuschnitts; und
- 4 eine schematische perspektivische Darstellung eines ersten und eines zweiten Zuschnitts für eine Mehrschichtanordnung einer Isoliereinlage.
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1 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung einer Isoliereinlage 1, die einen elektrisch isolierenden Einlagenkörper 2 mit dreidimensionaler Formgebung aufweist, welche in dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit einer Nierenform gebildet ist. Der Einlagenkörper 2 ist mit einer Mehrschichtanordnung 3 gebildet, bei der eine erste Schicht 4 eine außenliegende oder obere Schicht bildet, die eine Anordnung von Trennschnitten 5 aufweist. Die Trennschnitte 5 weisen jeweils einander gegenüberliegende Trennkanten 5a, 5b auf, die im Bereich von einer jeweiligen Öffnung 6 auseinandergespreizt und so beabstandet sind, sodass die Öffnung 6 bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine V-Form aufweist. Diese Spreizung im Bereich der Trennschnitte 5 ermöglicht es, den Einlagenkörper 2 mit der dreidimensionalen Form herzustellen, auch wenn das verwendete Schichtmaterial für die erste Schicht 4 wenig oder gar nicht dehnbar oder elastisch ist.
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Mittels einer zweiten Schicht 7 der Mehrschichtanordnung 3, die beim Ausführungsbeispiel eine innenliegende Schicht bildet, sind die Öffnungen 6 über- oder bedeckt. Die erste und die zweite Schicht 4, 7 können jeweils aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen, um die Isoliereinlage 1 mit einer elektrischen Durchschlagfestigkeit für die elektrische Isolierung in der Spule einer elektrischen oder elektrodynamischen Maschine auszustatten.
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Gemäß 1 erstrecken sich die Trennschnitte 5 im Bereich von verschiedenen Abschnitten 8a, 8b der ersten Schicht 4, die zueinander abgewinkelt sind. Im Abschnitt 8a sind die Trennkanten 5a, 5b im Wesentlichen nicht voneinander beabstandet, sodass keine Öffnung gebildet ist, wohingegen im Abschnitt 8b die jeweilige Öffnung 6 ausgebildet ist.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann die Ausbildung der zweiten Schicht 7 auf den jeweiligen Bereich der Öffnungen 6 begrenzt sein oder mit der ersten Schicht 4 weitergehend oder sogar vollständig (ganzflächig) überlappen.
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An gegenüberliegenden Enden 9a, 9b weist die Isoliereinlage 1 Montagelaschen 10a, 10b auf, die eingerichtet sind, die Isoliereinlage 1 zum Beispiel auf einen Träger eines Wickelwerkzeugs (nicht dargestellt) aufzuklipsen. Die Ausgestaltung der Isoliereinlage 1 mit den Trennschnitten 5 und den Öffnungen 6 verleiht der Isoliereinlage 1 eine Rest- oder Teilelastizität, was es zum Beispiel ermöglichen kann, die Isoliereinlage 1 auf Wickelköpfe eines Wickelwerkzeugs mit unterschiedlichem Durchmesser zu montieren.
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2 zeigt eine schematische Darstellung für ein Verfahren zum Herstellen einer Isoliereinlage wie sie beispielhaft in 1 gezeigt ist. Über eine Zuführeinrichtung 20 werden erste Zuschnitte 21 zugeführt, die entlang gegenüberliegender Ränder 22, 23 die zueinander versetzte Trennschnitte 5 aufweisen. In einer Aufnahme 24 werden zwei Zuschnitte übereinander gelegt, derart, dass im Bereich einander zugewandter Flächen ein Haftmittel angeordnet ist. Auf diese Weise ist eine Mehrschichtanordnung hergestellt, die dann in eine Form 25 verbracht werden kann, um die Mehrschichtanordnung dreidimensional zu verformen. Die Form 25 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wie die Aufnahme 24 auf einem Drehteller 26 mit mehreren Arbeitsstationen angeordnet.
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Während des Verformungsprozesses und / oder danach findet ein Verbacken statt, derart, dass zwischen den Schichten (Zuschnitten 21) der Mehrschichtanordnung jeweils eine haftende Verbindung ausgebildet wird, beispielsweise als Klebeschicht. Auf diese Weise ist dann (gegebenenfalls nach ein Schritt zum Abkühlen) die Isoliereinlage 1 hergestellt, die anschließend in einem Wickelwerkzeug zum Herstellen einer Spule einer elektrischen Maschine verwendet werden kann. Die Handhabung der Zuschnitte 21, der Mehrschichtanordnung und der Isoliereinlage 1 kann in den verschiedenen Prozessschritten beispielsweise mithilfe von Saugern ausgeführt werden.
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Die 3 und 4 zeigen eine schematische Darstellung einer Mehrschichtanordnung für zwei der Zuschnitte 21 von oben und perspektivisch (vgl. 4). Gestrichelte Linien 30 zeigen in 3 die Position der Trennschnitte im unteren Zuschnitt. Es ist in Längsrichtung des Zuschnitts 21 ein seitlich Versatz ausgebildet.
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Die in Zusammenhang mit den 1 bis 4 erläuterten Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Isoliereinlage 1 mit einer Mehrschichtanordnung 3. In diesem Zusammenhang ist auch eine Isolieranlage mit einer Schichtanordnung mit nur einer Schicht denkbar. Hierbei können Abschnitte der einen Schicht überlappen, so dass an den Trennschnitten keine Öffnung entsteht und die Isoliereinlage 1 mit einer elektrischen Durchschlagfestigkeit für die elektrische Isolierung in der Spule einer elektrischen oder elektrodynamischen Maschine ausgestattet ist.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie der Zeichnung offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der verschiedenen Ausführungen von Bedeutung sein.
