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Die Erfindung betrifft elektrische Maschinen und genauer die Ausgestaltung des Verschlusses von Nuten für die Wicklungen einer elektrischen Maschine.
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Im Zusammenhang mit den Wicklungen elektrischer Maschinen sind verschiedene Wicklungstechniken bekannt. Darunter bietet die Wellenwicklung bei der Entwicklung von etwa Hochleistungselektromotoren Vorteile hinsichtlich der erzielbaren Leistung im Vergleich zu einer konzentrierten Wicklung, und Vorteile hinsichtlich der erforderlichen Anzahl von Schweißstellen und hinsichtlich Skin- und Proximity-Effekten im Vergleich zu einem Hairpin-Design. Problematisch bei einer elektrischen Maschine mit Wellenwicklung ist der Nutverschluss, also der Verschluss der Nuten, welche in Stator oder Rotor die Wicklungen der elektrischen Maschine aufnehmen. Aufgrund der in der elektrischen Maschine wirkenden Hochspannung und auch der diesbezüglichen Vorschriften ist ein solcher Nutverschluss erforderlich, aber aufgrund des radialen Einbringens der Wicklungen in die Nut nicht einfach zu realisieren.
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Es ist beispielsweise bekannt, Wicklungen radial von innen in die Nuten eines Stators einer elektrischen Maschine einzubringen. Die Nuten sind zunächst zum Luftspalt der elektrischen Maschine hin offen. Falls die Nuten offen bleiben, ist es schwieriger, die geforderten Abstände zur Hochspannungsisolation einzuhalten; damit ist auch die Gesamtisolation der elektrischen Maschine verringert. Dem wird durch Verschließen der Nuten mit Nutverschlusskeilen entgegengewirkt.
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Das bisherige Verschließen der Öffnung einer Nut mit einem herkömmlichen Nutverschlusskeil ist nicht frei von Problemen. Zunächst muss stets eine ausreichende Überlappung des Nutverschlusskeils zum eigentlichen Nutisolationsmaterial sichergestellt werden. Dies ist vor allem in Anwendungen mit einer hohen Nutzahl und damit sehr schmalen Nuten besonders schwierig, da das Nutisolationsmaterial, etwa Papier, teilweise mehrmals über die gesamte Breite der Nut verlegt werden müsste, um die zur Hochspannungsisolierung geforderten Abstände zu erreichen. Das nachträgliche Verschließen der Nut mit dem zuvor eingebrachten Nutisolationsmaterial stellt ebenfalls ein Problem dar, da eine Verformung des Nutisolationsmaterials in einer schmalen Nut in einem Serienprozess meist nicht möglich ist.
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Es stellt sich daher die Aufgabe, einen Nutverschlusskeil anzugeben, der einen zuverlässigen Verschluss einer Nut in einfacher Weise ermöglicht.
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Ein entsprechendes Verfahren soll ebenfalls angegeben werden.
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Die Aufgabe bezüglich des Nutverschlusskeils wird gelöst durch einen Nutverschlusskeil gemäß Anspruch 1.
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Die Aufgabe bezüglich des Verfahrens wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 6.
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Die Unteransprüche enthalten jeweils vorteilhafte Ausgestaltungen.
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Der erfindungsgemäße Nutverschlusskeil hat einen Stammbereich und einen zu dem Stammbereich senkrechten Eingriffsbereich. Ist der Nutverschlusskeil in eine Nut eingesetzt, so weist der Stammbereich bezüglich der elektrischen Maschine in radiale Richtung, und damit in die Richtung, in die sich die Nut erstreckt. Der zum Stammbereich senkrechte Eingriffsbereich ist dazu vorgesehen, mit Nutisolationsmaterial in der Nut in Eingriff zu treten, also damit zu verhaken. Auf diese Weise wird ein zuverlässiger Verschluss der Nut gewährleistet und ebenso eine ausreichende Überlappung mit dem Nutisolationsmaterial.
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In einer Ausführungsform ist der Eingriffsbereich plattenförmig ausgebildet. Eine plattenförmige Ausbildung erhöht Toleranzen für einen sicheren Eingriff mit dem Nutisolationsmaterial und macht den Verschluss der Nut durch den Nutverschlusskeil zuverlässiger.
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In einer Ausführungsform ist an dem Stammbereich eine Verschlusskappe vorgesehen. Die Verschlusskappe ist dabei von dem Eingriffsbereich beabstandet. Während der Eingriffsbereich im Inneren der Nut mit dem Nutisolationsmaterial in Eingriff tritt, verschließt die Verschlusskappe die Nut nach außen, also gegen den Luftspalt der elektrischen Maschine.
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Der Nutverschlusskeil kann so ausgestaltet sein, dass die zur Hochspannungsisolierung erforderlichen Abstände in einfacher und zuverlässiger Weise gewährleistet werden, indem durch den Nutverschlusskeil eine hinreichend lange Kriechstrecke definiert wird. Weist der Nutverschlusskeil eine Verschlusskappe auf, so können hierzu an der Verschlusskappe entsprechende Vorsprünge ausgebildet sein, welche eine solche Kriechstrecke begrenzen. Alternativ können an dem Stammbereich Vorsprünge vorgesehen sein, welche eine solche Kriechstrecke begrenzen. Auch eine Kombination der beiden eben genannten Möglichkeiten ist denkbar.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient dem Verschluss einer Nut nach Einbringen einer Wicklung in die Nut und verwendet einen vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Nutverschlusskeil. Bei dem Verfahren werden mindestens die folgenden Schritte ausgeführt.
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Zunächst wird ein Nutisolationsmaterial in die Nut eingebracht. Hierauf folgt das Einbringen der Wicklung in die Nut. Anschließend wird das Nutisolationsmaterial derart verformt, dass mindestens zwei gegenüberliegende Bereiche des Nutisolationsmaterials zu einer Mittenachse der Nut gerichtet sind; die Mittenachse verläuft dabei bezüglich der elektrischen Maschine in radialer Richtung. Ein erfindungsgemäßer Nutverschlusskeil wird dann in die Nut eingebracht. Dies geschieht derart, dass der Eingriffsbereich des Nutverschlusskeils mit den mindestens zwei gegenüberliegenden Bereichen des Nutisolationsmaterials in Eingriff ist, die durch die vorhergehende Verformung des Nutisolationsmaterials erzeugt wurden. Dies kann beispielsweise so geschehen, dass zunächst die durch die Verformung des Nutisolationsmaterials gebildeten Bereiche noch außerhalb der Nut gehalten werden, der Eingriffsbereich in axialer Richtung, also senkrecht zu der radialen Erstreckung der Nut, in Eingriff mit dem verformten Nutisolationsmaterial gebracht wird, und Nutisolationsmaterial und Nutverschlusskeil zusammen dann in die vorgesehene Position in der Nut gebracht werden. Alternativ kann ein hinreichend elastisches Nutisolationsmaterial verwendet werden, der Eingriffsbereich wird in die Nut eingeführt, drückt das verformte Nutisolationsmaterial zunächst auch ins Innere der Nut, ehe das Nutisolationsmaterial zurückspringt und so hinter den Eingriffsbereich gelangt, wodurch dann der Eingriffsbereich mit dem Nutisolationsmaterial in Eingriff ist.
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In einer Ausführungsform weist der Nutverschlusskeil eine Verschlusskappe auf. Beim Einbringen des Nutverschlusskeils in die Nut wird der Nutverschlusskeil durch die Verschlusskappe fixiert, insbesondere lateral, also senkrecht zu der Mittenachse der Nut.
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Sind Vorsprünge an der Verschlusskappe oder an dem Stammbereich vorgesehen, so definiert der in die Nut eingesetzte Nutverschlusskeil durch diese Vorsprünge eine Kriechstrecke in der Nut.
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Der Nutverschlusskeil kann etwa aus einem Kunststoff, z.B. Polyphenylensulfid (PPS), hergestellt werden, vorzugsweise einstückig. Ein elastischerer Kunststoff begünstigt das radiale Einführen des Nutverschlusskeils in die Nut zusätzlich, da dann auch der Eingriffsbereich beim Durchführen durch den verformten Bereich des Nutisolationsmaterials entsprechend elastisch deformiert werden kann, um anschließend zurückzuspringen und so mit dem Nutisolationsmaterial zu verhaken.
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Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Vorteile an Hand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert.
- 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Nutverschlusskeils.
- 2 zeigt das Ausführungsbeispiel aus 1 in Draufsicht.
- 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Nutverschlusskeils.
- 4 zeigt das Ausführungsbeispiel aus 3 in Draufsicht.
- 5 zeigt ein Beispiel des Verschlusses einer Nut gemäß der Erfindung.
- 6 zeigt ein weiteres Beispiel des Verschlusses einer Nut gemäß der Erfindung.
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Die Zeichnungen stellen lediglich Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und sind nicht als Beschränkung der Erfindung auf die gezeigten Ausführungsbeispiele aufzufassen.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Nutverschlusskeils 1. Der Nutverschlusskeil 1 weist einen Stammbereich 2 und einen dazu senkrechten Eingriffsbereich 3 auf. In dem gezeigten Beispiel verfügt der Nutverschlusskeil 1 über eine am Stammbereich 2 angebrachte Verschlusskappe 4, an der Vorsprünge 5 ausgebildet sind, welche dazu dienen, in einer Nut eine Kriechstrecke zu begrenzen.
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2 zeigt den Nutverschlusskeil 1 aus 1 in Draufsicht. Die gezeigten Elemente wurden bereits im Zusammenhang mit 1 erläutert. Wie hier zu erkennen ist, ist der Eingriffsbereich 3 plattenförmig ausgebildet.
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3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Nutverschlusskeils 1. Der Nutverschlusskeil 1 weist einen Stammbereich 2 und einen dazu senkrechten Eingriffsbereich 3 auf. In dem gezeigten Beispiel verfügt der Nutverschlusskeil 1 über eine am Stammbereich 2 angebrachte Verschlusskappe 4. In dem gezeigten Beispiel sind am Stammbereich 2 Vorsprünge 6 vorgesehen, welche dazu dienen, in einer Nut eine Kriechstrecke zu begrenzen.
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4 zeigt den Nutverschlusskeil 1 aus 3 in Draufsicht. Die gezeigten Elemente wurden bereits im Zusammenhang mit 3 erläutert. Wie hier zu erkennen ist, ist der Eingriffsbereich 3 plattenförmig ausgebildet.
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5 zeigt Stadien des Verschlusses einer Nut 10 im Zusammenhang mit dem Einbringen einer Wicklung 20 in die Nut 10. Gezeigt ist eine Nut 10 sowie deren Mittenachse 100. Die Mittenachse 100 erstreckt sich bezüglich einer elektrischen Maschine, in deren Stator oder Rotor die Nut 10 vorgesehen ist, in radialer Richtung; das heißt, die Drehachse des Rotors der elektrischen Maschine ist hier senkrecht zur Zeichenebene. Im Stadium A ist ein Nutisolationsmaterial 11 in die Nut 10 eingebracht, außerdem ist bereits eine Wicklung 20 in der Nut 10 angeordnet. Im Stadium B ist das Nutisolationsmaterial 11 verformt, derart, dass Bereiche 12 des Nutisolationsmaterials 11 zur Mittenachse 100 gerichtet sind. Im Stadium C ist ein Nutverschlusskeil 1, von der in 1 gezeigten Art, in die Nut 10 eingesetzt. Schematisch gezeigt ist ferner eine Kriechstrecke 21, die durch die Vorsprünge 5 am Nutverschlusskeil 1 begrenzt wird. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Öffnung der Nut 10 gegenüber dem Durchmesser der Nut 10 verengt. Dadurch wird die Verschlusskappe 4 und damit der gesamte Nutverschlusskeil 1 in der Nut 10 gehalten. Es ist aber ebenso denkbar, dass keine Verengung der Nut vorliegt, sondern die Nut beispielsweise einen konstanten Durchmesser aufweist. Der Nutverschlusskeil könnte in diesem Fall etwa reibschlüssig in der Nut gehalten werden.
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6 zeigt Stadien des Verschlusses einer Nut 10 im Zusammenhang mit dem Einbringen einer Wicklung 20 in die Nut 10. Gezeigt ist eine Nut 10 sowie deren Mittenachse 100. Die Mittenachse 100 erstreckt sich bezüglich einer elektrischen Maschine, in deren Stator oder Rotor die Nut 10 vorgesehen ist, in radialer Richtung; das heißt, die Drehachse des Rotors der elektrischen Maschine ist hier senkrecht zur Zeichenebene. Im Stadium A ist ein Nutisolationsmaterial 11 in die Nut 10 eingebracht, außerdem ist bereits eine Wicklung 20 in der Nut 10 angeordnet. Im Stadium B ist das Nutisolationsmaterial 11 verformt, derart, dass Bereiche 12 des Nutisolationsmaterials 11 zur Mittenachse 100 gerichtet sind. Im Stadium C ist ein Nutverschlusskeil 1, von der in 3 gezeigten Art, in die Nut 10 eingesetzt. Schematisch gezeigt ist ferner eine Kriechstrecke 21, die durch die Vorsprünge 6 am Nutverschlusskeil 1 begrenzt wird. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Öffnung der Nut 10 gegenüber dem Durchmesser der Nut 10 verengt. Dadurch wird die Verschlusskappe 4 und damit der gesamte Nutverschlusskeil 1 in der Nut 10 gehalten. Es ist aber ebenso denkbar, dass keine Verengung der Nut vorliegt, sondern die Nut beispielsweise einen konstanten Durchmesser aufweist. Der Nutverschlusskeil könnte in diesem Fall etwa reibschlüssig in der Nut gehalten werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nutverschlusskeil
- 2
- Stammbereich
- 3
- Eingriffsbereich
- 4
- Verschlusskappe
- 5
- Vorsprünge
- 6
- Vorsprünge
- 10
- Nut
- 11
- Nutisolationsmaterial
- 12
- Bereich (des Nutisolationsmaterials)
- 20
- Wicklung
- 21
- Kriechstrecke
- 100
- Mittenachse (der Nut)
