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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stableiter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, einen Stator für einen Elektromotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8, einen Elektromotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Stators gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13 oder 14.
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Ein Stableiter für einen Stator eines Elektromotors umfasst im Wesentlichen einen Leiter, der von einer Isolierung umhüllt ist.
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Ein Stator umfasst im Wesentlichen einen Statorkörper mit einem kreiszylinderförmigen Innenraum, in welchem der Rotor drehbar aufgenommen ist. Der Innenraum weist eine dem Rotor zugewandte Wandung auf, die mit Nuten ausgestattet ist, die in Längsrichtung des Stators verlaufen.
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In den Nuten sind Stableiter aufgenommen, wobei jede Nut zum Innenraum des Stators hin mit einem Nutverschluss verschlossen ist. Der Nutverschluss dient im Wesentlichen dazu, die offene Nut zu verschließen, insbesondere da der Stableiter nicht herausfallen soll. Ferner dient der Nutverschluss dazu, Luftwirbel durch eine ansonsten offene Nut zu vermeiden und/oder auch dazu, den Statoraufbau insgesamt zu versteifen. Nutverschlüsse schirmen ferner die vergleichsweise kalten Statorwicklungen gegenüber dem heißen Rotor ab.
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Derartige Nutverschlüsse bzw. Nutverschlusskeile sind beispielsweise aus der
DE 10 2014 017 745 A1 bekannt geworden.
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Als nachteilig in diesem Zusammenhang erweist sich die Montage der vorgenannten Nutverschlüsse, insbesondere viele Teile gleichzeitig für einen Arbeitsgang gehandelt werden müssen.
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Hier setzt die Erfindung an und macht es sich zur Aufgabe einen verbesserten Stableiter bereitzustellen, insbesondere einen Stableiter zur Verfügung zu stellen, der leichter montiert werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Stableiter mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, nämlich dadurch, dass der Stableiter mit einem Nutverschluss ausgestattet ist.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Merkmalen der Unteransprüche. Die Gegenstände bzw. Merkmale der verschiedenen Ansprüche können grundsätzlich beliebig miteinander kombiniert werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Nutverschluss und die Hauptisolierung als einteiliger Hauptisolierkörper ausgebildet sind. Dadurch kann der Hauptisolierkörper einfach, z.B. durch Extrusion des oder der Leiter in einem Verfahrensschritt, hergestellt werden. Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass Hauptisolierung und Nutverschluss aus gleichen oder unterschiedlichen Materialien gefertigt sind. Dadurch lassen sich die Eigenschaften von Hauptisolierung und Nutverschluss entsprechend ihrer technischen Verwendung anpassen, beispielsweise indem für den Nutverschluss ein besonders steifes und/oder wärmeleitfähiges Material gewählt werden kann, das wegen unzureichender Isolationseigenschaften nicht für die Hauptisolierung geeignet ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Nutverschluss zur Ausbildung eines Hauptisolierkörpers unlösbar an der Hauptisolierung angebracht, insbesondere angespritzt, ist. Hauptisolierkörper und Nutverschluss können dabei gleichzeitig, z.B. durch Co-Extrudat, oder nacheinander hergestellt bzw. verbunden werden. Dadurch kann ein Stableiter bereitgestellt werden, bei welchem unterschiedliche Materialien für Nutverschluss und Hauptisolierung einfach kombiniert werden können.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass es sich bei dem Leiter um einen mehrteiligen Leiter, insbesondere formverpresste Drahtlitzen (Formlitze), oder um einen einteiligen Leiter, insbesondere einen Hairpin-Leiter oder einen stabförmigen Leiter, handelt. Je nach Anwendungsgebiet bieten die jeweiligen Ausführungsformen entsprechende Vorteile.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Nutverschluss einen Kühlkanal aufweist. Da den Nutverschlüssen ohnehin die Wirkung einer gewissen Abschirmung der im Vergleich zum Rotor relativ kühlen Stableitern zukommt, bietet sich eine entsprechende Kühlung in der Nähe des Rotors an.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Nutverschluss mit einer verstärkenden Einlage, insbesondere einem Federblech, ausgestattet ist. Dadurch lässt sich z.B. die Funktion eines Nutverschlusskeils in den Nutverschluss integrieren, so dass die Nutzung von offenen Nuten ohne Hinterschneidung ermöglicht wird. Es lässt sich gleichzeitig oder alternativ z.B. aber auch eine zusätzliche Versteifung des Nutverschlusses erreichen, so dass die Gesamtsteifigkeit des Stators verbessert wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Hauptisolierung und/oder der Nutverschluss aus einem elektrisch isolierenden Material, wie beispielsweise Kunststoff oder Keramik, ausgestaltet ist.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, einen verbesserten Stator vorzuschlagen, insbesondere einen Stator mit Stableitern und Nutverschlüssen vorzuschlagen, der leichter montiert werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Stator mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Dadurch, dass es sich bei dem verwendeten Stableiter um einen erfindungsgemäßen Stableiter handelt, können die Vorteile des erfindungsgemäßen Stableiters für die Montage des Stators genutzt werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Merkmalen der Unteransprüche. Die Gegenstände bzw. Merkmale der verschiedenen Ansprüche können grundsätzlich beliebig miteinander kombiniert werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass es sich bei der Nut um eine hinterschnittene, insbesondere C-förmige Nut, oder eine nicht hinterschnittene Nut handelt. Die C-Nut bietet dem Stableiter einen entsprechend sicheren Halt, ist aber gegenüber der nicht hinterschnittenen Nut aufwändiger herzustellen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Nutverschluss bündig mit dem Statorkörper abschließt. Durch die bündige Anlage können energetisch nachteilige Fluid-Verwirbelungen in diesem Bereich größtenteils vermieden werden.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, einen verbesserten Elektromotor vorzuschlagen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Elektromotor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Dadurch, dass es sich um einen erfindungsgemäßen Stator handelt, können die Vorteile des erfindungsgemäßen Stableiters bzw. Stators für die Montage des Elektromotors genutzt werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Merkmalen der Unteransprüche. Die Gegenstände bzw. Merkmale der verschiedenen Ansprüche können grundsätzlich beliebig miteinander kombiniert werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Stator innerhalb oder außerhalb des Rotors angeordnet ist. Entsprechend ist der Stator sowohl für einen Innen-, als auch für einen Außenläufer einsetzbar.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Stableiters vorzuschlagen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 13 oder 14 gelöst. Dadurch, dass zur Herstellung eines Stableiters der Leiter von der Hauptisolierung und dem Nutverschluss umspritzt wird oder dass der Leiter von der Hauptisolierung umspritzt wird und die Hauptisolierung und der Nutverschluss unlösbar miteinander verbunden werden, insbesondere der Nutverschluss an die Hauptisolierung angespritzt wird, wobei zur Herstellung des Stators, mindestens einer, vorzugsweise mehrere, der so hergestellten Stableiter in die Nut des Stators eingesetzt werden oder alternativ dass ein einteiliger Hauptisolierkörper, umfassend Hauptisolierung und Nutverschluss, hergestellt wird, insbesondere durch Extrudieren, oder eine Hauptisolierung hergestellt wird und zur Herstellung eines Hauptisolierkörpers ein Nutverschluss an die Hauptisolierung angespritzt wird, wobei die Hauptisolierung mit einem Kanal zur Aufnahme des Leiters ausgestattet ist, wobei zur Herstellung des Stators mindestens einer, vorzugsweise mehrere, der so hergestellten Hauptisolierkörper in die Nut des Stators eingesetzt werden, wobei ein Leiter in den Kanal eingeschoben wird, kann der Montageaufwand für einen Stator insgesamt reduziert werden, insbesondere da die Hauptisolierung stets mit dem Nutverschluss eingesetzt wird, kann eine vorteilhafte, da wenig aufwendige Montage des Stableiters vorgenommen werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Merkmalen der Unteransprüche. Die Gegenstände bzw. Merkmale der verschiedenen Ansprüche können grundsätzlich beliebig miteinander kombiniert werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass als Material für die Hauptisolierung ein schrumpfbares Material verwendet wird. Durch entsprechendes Schrumpfen des Kanals für den Leiter kann, beispielsweise durch Wärmeeinwirkung, auf einfache Art und Weise eine axiale Fixierung vorgenommen werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen
- 1 ein erfindungsgemäßer Stableiter in einer Draufsicht;
- 1a ein erfindungsgemäßer Stableiter in einer Querschnittdarstellung (A-A);
- 2 ein erfindungsgemäßer Stator mit erfindungsgemäßen Stableitern in einer Querschnittdarstellung;
- 3-9 ein erfindungsgemäßer Stableiter in einer Querschnittdarstellung;
- 10a/b eine schematische Darstellung eines möglichen Montagevorgangs von erfindungsgemäßen Stableitern in einen Stator;
- 11 ein erfindungsgemäßer Elektromotor in einer Querschnittdarstellung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stableiter
- 2
- Stator
- 3
- Nut
- 4
- Längsachse / Rotationsachse
- 5
- Rotor
- 11
- Leiter
- 12
- Isolierung / Hauptisolierung
- 13
- Kontaktierungsbereich
- 14
- Nutverschluss
- 15
- Kühlkanal
- 16
- verstärkende Einlage
- 21
- Statorkörper
- 22
- Fläche / Wandung
- 121
- Kanal (zur Aufnahme des Leiters)
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Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen.
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Ein erfindungsgemäßer Stableiter 1 ist im Wesentlichen als länglicher Körper ausgestaltet und umfasst im Wesentlichen einen Leiter 11 und eine Isolierung 12. Der Stableiter 1 ist endseitig mit einem Kontaktierungsbereich 13, insbesondere für die elektrische Kontaktierung, ausgestattet.
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Bei dem Leiter 11 kann es sich beispielsweise um einen mehrteiligen Leiter, wie insbesondere Drahtlitzen, Formlitzen, etc. oder auch um einen einteiligen Leiter, wie beispielsweise einen stabförmigen Leiter oder einen Hairpin, handeln. Als Material für den Leiter 11 kommt beispielsweise Kupfer oder eine Kupferlegierung in Frage. Bei der Isolierung 12 handelt es sich grundsätzlich um nicht leitendes Material, wie beispielsweise Kunststoff oder auch Keramik. Es ist nicht ausgeschlossen, dass der Leiter 11 als solches bereits eine eigene Isolierung aufweisen. Insofern soll die hier in Rede stehende äußere Isolierung 12 als Hauptisolierung des Stableiters 1 angesprochen werden.
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Es können auch mehrere Leiter 11 zu einer Leitergruppe zusammengefasst sein, die eine gemeinsame Hauptisolierung teilen, wie dies z.B. in 7 mit zwei Leitern 11 dargestellt ist.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Stableiter 1 mit einem Nutverschluss 14 ausgestattet ist. Mit anderen Worten wird ein Stableiter 1 mit einer Hauptisolierung 12 vorgeschlagen, bei dem der Nutverschluss 14 in die Isolierung 12 integriert bzw. der Nutverschluss 14 an die Isolierung 12 angeformt bzw. aus dieser ausgeformt ist.
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Ein erfindungsgemäßer Stator 2 umfasst im Wesentlichen einen Statorkörper 21 mit einer einem Rotor 5 zugewandten Fläche 22, wobei die Fläche 22 mit Nuten 3 zur Aufnahme der Stableiter 1 ausgestattet ist. Der Stator 2 kann wahlweise ein Stator für einen Innenläufer oder Außenläufer sein. Für die nachfolgenden Ausführungen wird davon ausgegangen, dass es sich um einen Stator für einen Innenläufer handelt, so dass der Rotor 5 drehbar in dem Innenraum des Stators aufgenommen ist und die Nuten 3 entsprechend auf der Innenseite des Stators 2 vorgesehen sind. Der Stator 2 kann ebenso als Stator für einen Außenläufer ausgestaltet sein. Der Stator 2 weist eine Längsachse 4 auf, die in der Regel auch der Rotationsachse des Rotors 5 entspricht. Die Nuten 3 sind parallel zur Längsachse 4 des Stators 2 ausgerichtet. Bei den Nuten 3 kann es sich um hinterschnittene, insbesondere C-förmige Nuten, oder auch nicht hinterschnittene Nuten handeln.
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Weitere Details der vorgeschlagenen Erfindung werden deutlich, anhand einer nachfolgenden schematischen Beschreibung einer Herstellung und Montage von erfindungsgemäßen Stableitern in einem Stator.
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Wie bereits oben ausgeführt umfasst der erfindungsgemäße Stableiter 1 einen Leiter 11 und eine Hauptisolierung 12. Die nachfolgend vorgestellten Verfahren unterscheiden sich insbesondere darin, dass der Stableiter 1 entweder vor dem Einsetzen oder nach dem Einsetzen in die Nut 3 des Stators 2 komplettiert wird.
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In einer ersten Verfahrensalternative wird der Leiter 11 mit dem Körper aus Isolierung 12 und Nutverschluss 14 umspritzt. Die Isolierung und der Nutverschluss bilden entsprechend einen einteiligen Hauptisolierkörper mit integriertem Nutverschluss.
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Denkbar ist ebenfalls, dass der Leiter 11 zunächst mit der Isolierung 12 umspritzt und der Nutverschluss 14 angespritzt wird. Im Ergebnis ergibt sich ebenfalls ein Hauptisolierkörper, bei dem der Nutverschluss 14 unlösbar mit der Hauptisolierung 12 verbunden ist. Unlösbar ist hier selbstverständlich im technisch realistischen Sinne zu verstehen. In dieser Verfahrensalternative können unterschiedliche Materialien für Isolierung 12 und Nutverschluss 14 in Frage kommen. Ebenso handelt es sich vorzugsweise um einen zweistufigen Spritzprozess.
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Auch möglich ist es, den Leiter in einen schrumpffähigen Hauptisolationskörper einzuführen und zu erhitzen. Dazu ist der Hauptisolationskörper aus beispielsweise einem Material, welches unter dem Einfluss von Wärme schrumpft, so dass der Kanal 121 entsprechend zusammenschrumpfen und den Leiter 11 fixieren kann.
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Anschließend wird der so entstandene Stableiter 1 in eine Nut 3 des Stators 2 eingesetzt. Der Querschnitt des Stableiters 1 korrespondiert bevorzugt mit dem Querschnitt der Nut, insbesondere aber schließt der Nutverschluss die Nut, vorzugsweise bündig, ab. Vorzugsweise kann der Stableiter auch ein geringes Übermaß aufweisen, so dass ein Kraftschluss entsteht. Das Einsetzen des Stableiters 1 wird entsprechend für alle Nuten 3 wiederholt.
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Alternativ kann der Stableiter erst in dem Stator 2 bzw. in der Nut 3 des Stators komplettiert bzw. der Leiter 11 eingesetzt werden.
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Hierzu wird zunächst ein Hauptisolierkörper, umfassend die Isolierung 12 und der Nutverschluss 14, hergestellt, der jedoch einen Kanal 121 zur Aufnahme des Leiters 11 aufweist. Dies kann wie oben dadurch geschehen, dass die Hauptisolierung 12 und der Nutverschluss 14 in einem Stück oder durch Anspritzen hergestellt werden. Anschließend wird dieser Hauptisolierkörper in die Nut 3 eingesetzt und der Leiter 11 in den Kanal 121 eingeschoben. Bevorzugt kommt hier zumindest für die Hauptisolierung 12 ein schrumpfendes Material in Frage, beispielsweise ein Material, welches unter dem Einfluss von Wärme schrumpft, so dass der Kanal 121 entsprechend zusammenschrumpfen und den Leiter 11 axial fixieren kann.
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Mögliche Materialien für Isolierung 12 und Nutverschluss 14 sind neben den bekannten Kunststoffen auch Keramiken. Die Materialauswahl sollte vorzugsweise funktional erfolgen, sprich die Isolierung 12 soll primär isolieren. Der Nutverschluss 14 soll primär die Nut 3 verschließen, aber auch Wärme leiten und/oder mechanisch versteifen.
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Grundsätzlich kann der Stableiter 1, insbesondere der Nutverschluss 14, noch mit weiteren vorteilhaften Komponenten ausgestattet sein.
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Der Nutverschluss 14 kann vorteilhaft zumindest einen Kühlkanal 15 aufweisen. Weiter vorzugsweise kann der Nutverschluss 14 mit einer verstärkenden Einlage 16, beispielsweise einem Federblech, ausgestattet sein.
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Es gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben sind selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. Außerdem kann das erfindungsgemäße Verfahren mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014017745 A1 [0005]
