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Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Leiter mit den Merkmalen gemäß den Patentansprüchen.
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Wie bekannt, tritt bei elektrischen Leitern mit einem relativ großen Querschnitt, die von einem Wechselstrom durchflossen werden, mit zunehmender Frequenz ein Stromverdrängungseffekt auf, so dass sich der Widerstand erhöht.
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Dieser Nachteil wird bei Anwendungen gemäß dem Stand der Technik deutlich. Beispielsweise erfolgt mittels Wechselstrommaschinen eine Wandlung von mechanischer Energie in einen Wechselstrom oder eine Wandlung eines Wechselstroms in mechanische Energie. Die dabei eingesetzten Spulen können mit wenigen gegeneinander isolierten elektrischen Leitern jeweils mit einem großen Querschnitt, d. h. Stäben ausgeführt werden (Formstabwicklung, Hairpin-Wicklung), wobei der Stromverdrängungseffekt nachteilig wirkt. Die bei Wechselstrommaschinen eingesetzten Spulen können auch mit sehr vielen gegeneinander isolierten elektrischen Leitern jeweils mit einem kleinen Querschnitt, d. h. Drähten oder Litzen, verdrillt oder parallel, ausgeführt werden, die dann gemeinsam einen elektrischen Leiter (Leiterbündel) bilden, wobei dem Stromverdrängungseffekt entgegengewirkt wird.
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Neben einer durch den Stromverdrängungseffekt bedingten Erhöhung des Widerstands tritt zudem (beispielsweise bei Spulenwicklungen) zwischen von einem Wechselstrom durchflossenen eng benachbarten elektrischen Leitern der so genannte Proximity-Effekt auf, der auch einen erhöhten Widerstand verursacht. Um dem entgegenzuwirken, ist es ebenfalls zweckmäßig (bei Spulenwicklungen), Vollleiter/Volldrähte, also elektrische Leiter, in gegeneinander isolierte, ggf. verdrillte bzw. verseilte bzw. verflochtene (runde) Einzelleiter bzw. Einzeldrähte/Litzendrähte zu unterteilen. D. h. auch dem Proximity-Effekt kann durch einen Einsatz von Leiterbündeln (die zu einer Spule aufgewickelt sind) entgegengewirkt werden.
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Vor allem bei dem Einsatz einer Vielzahl gegeneinander isolierter elektrischer Leiter jeweils mit einem kleinen Querschnitt wird zwar wirksam dem Stromverdrängungs- und (insbesondere bei einer Spulenwicklung) dem Proximity-Effekt entgegengewirkt, jedoch ist die Isolation der Einzelleiter und ggf. die Verdrillung von Nachteil, da die Isolation Platz braucht, so dass der, insbesondere bei einer Wechselstrommaschine, infolge der Anordnung einer Vielzahl von isolierten Einzelleitern nur geringe Nutfüllgrad, noch weiter verschlechtert wird. Der Einsatz von wenigen gegeneinander isolierten elektrischen Leitern jeweils mit einem großen Querschnitt, d. h. Stäben (Stabwicklung, Hairpin-Wicklung) ergibt einen deutlich besseren Nutfüllungsgrad und der Einfluss der Isolierung bzw. deren Platzbedarf tritt in den Hintergrund, wobei hier jedoch der Stromverdrängungseffekt überwiegt und eine entsprechende Erhöhung des Widerstands verursacht. Beispielhaft sei hier die US 2016 / 0 013 692 A1 genannt.
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Problematisch bei der Anordnung einer Vielzahl gegeneinander isolierter elektrischer Einzelleiter, die wie oben beschrieben, dann gemeinsam einen elektrischen Leiter bilden (Leiterbündel), so dass dem Stromverdrängungs- und dem Proximity-Effekt entgegengewirkt wird, ist es weiterhin, dass eine stets erforderliche Verbindung der vielen Einzelleiter mit einem weiteren elektrischen Leiter oder mehreren elektrischen Leitern, insbesondere einer Sammelschiene, sehr aufwendig ist, da jeder der vielen Einzelleiter nicht sinnvoll bzw. wirtschaftlich mit zumindest einem weiteren elektrischen Leiter beispielsweise mittels Flachsteckern verbunden werden kann oder diese Einzelleiter durch Schweißen oder Löten mit zumindest einem weiteren elektrischen Leiter verbunden werden können.
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Gemäß der
DE 10 2010 049 405 A1 ist ein elektrischer Draht Stand der Technik, umfassend einen Leiterdraht mit zumindest einer Nut, die auf der Oberfläche des Leiterdrahts ausgebildet ist, und umfassend einen in die Nut einzusetzenden Zusatzdraht, wobei die Nut auf einer Außenfläche des Leiterdrahts in Längsrichtung des Leiterdrahts vorgesehen ist, und wobei der Zusatzdraht in die Nut eingesetzt ist.
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Aus der
US 7 745 732 B2 ist ein medizinisches Kabel Stand der Technik, das einen metallischen Draht mit einer aus einem ersten Metall hergestellten äußeren Hülse und eine Vielzahl von Drahtelementen aufweist, die innerhalb der Hülse angeordnet sind, wobei jedes der Drahtelemente eine metallische Hülle aus einem zweiten Metall aufweist, die mit einem dritten Metall ausgefüllt ist, und wobei die Vielzahl von Drahtelementen miteinander so verdichtet ist, dass Hohlräume innerhalb der äußeren Hülse beseitigt sind, wobei die Hohlräume beim Ziehen des metallischen Drahtes zur Reduzierung des Durchmessers des Drahtes auf die erwünschte Größe beseitigt werden.
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Entsprechend der
DE 10 2014 219 141 A1 ist ein gemischter Flechtdraht Stand der Technik, umfassend: ein erstes Drahtbündel aus wenigstens einem ersten Metalldraht, wobei der erste Metalldraht eine erste Zugfestigkeit aufweist; eine Vielzahl von zweiten Drahtbündeln aus einer Vielzahl von zweiten Metalldrähten, wobei der zweite Metalldraht eine zweite Zugfestigkeit kleiner als die erste Zugfestigkeit des ersten Metalldrahts aufweist, wobei das erste Drahtbündel und die Vielzahl von zweiten Drahtbündeln miteinander verflochten sind. Der gemischte Flechtdraht umfasst die Drähte aus zwei unterschiedlichen Materialien, wobei die Zugfestigkeit des ersten Metalldrahts relativ groß ist und die Zugfestigkeit des zweiten Metalldrahtes kleiner als die des ersten Metalldrahts sein kann, und der zweite Metalldraht aber einen kleineren spezifischen Widerstand hat. Die beiden Drähte werden gemischt und geflochten, wodurch die integrale Festigkeit des Flechtdrahts zu verbessern und die leitfähige Leistung sicherzustellen ist.
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Gemäß der
DE 30 37 587 C2 ist eine aus mehreren Einzeldrähten bestehende Litze für die Übertragung elektrischer Ströme Stand der Technik, wobei eine mittlere Seele aus einem oder mehreren Drähten, und mehrere diese umgebende, einen Mantel bildende Außendrähte vorgesehen sind und wobei ferner durch ein Haftmittel ein Auseinanderspreizen der einzelnen Drähte eines abgeschnittenen und abisolierten Litzenendes verhindert wird, wobei nur die Außendrähte aneinander haften, während der Draht oder die Drähte der Seele relativ zu dem von den Außendrähten gebildeten Mantel gleitbar ist bzw. sind.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elektrischen Leiter sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen, der bei möglichst geringer und flexibler Querschnittsfläche/-form, so dass zum Beispiel bei einer Anwendung bei einer Wechselstrommaschine oder eines Transformators ein hoher Nutfüllgrad erreicht werden kann, sowohl nur eine geringe Erhöhung des Widerstands durch den Stromverdrängungseffekt, als auch nur eine geringe Erhöhung des Widerstands durch den Proximity-Effekt erfolgt, wobei zudem eine Verbindung dieses elektrischen Leiters mit zumindest einem weiteren elektrischen Leiter einfach und auf wirtschaftliche Weise möglich ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Bereitstellung, Herstellung und Verwendung eines elektrischen Leiters mit den Merkmalen gemäß den Patentansprüchen gelöst. Ein wesentlicher Aspekt dabei ist es, dass ein elektrischer Leiter gebildet wird, der eine Vielzahl elektrischer Einzelleiter aus einem ersten metallischen Werkstoff umfasst, wobei die Einzelleiter entlang der Längsachse des elektrischen Leiters verlaufen und über den Querschnitt des elektrischen Leiters verteilt sind und dadurch, dass die Einzelleiter voneinander beabstandet sind, Zwischenräume zwischen den Einzelleitern gebildet werden und die Einzelleiter von einem zweiten metallischen Werkstoff umschlossen sind, der die Zwischenräume zwischen den Einzelleitern ausfüllt, wobei die elektrische Leitfähigkeit des ersten metallischen Werkstoffs größer als die elektrische Leitfähigkeit des zweiten metallischen Werkstoffs ist, so dass, wenn in dem elektrischen Leiter ein elektrischer Strom fließt, der elektrische Strom überwiegend in den Einzelleitern aus dem ersten metallischen Werkstoff fließt und demgegenüber nur zu einem kleineren Teil durch den zweiten metallischen Werkstoff fließt.
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Anders gesagt, teilt sich der fließende elektrische Strom auf den ersten und den zweiten metallischen Werkstoff ungleich auf, wobei der durch den ersten metallischen Werkstoff, d. h. die Vielzahl elektrischer Einzelleiter fließende elektrische Strom größer ist, als der durch den zweiten metallischen Werkstoff fließende elektrische Strom. Der zweite metallische Werkstoff wirkt gewissermaßen als Teilisolation zwischen den Einzelleitern aus dem ersten metallischen Werkstoff. Insbesondere bei einem elektrischen Wechselstrom mit einer hohen Frequenz teilen sich die durch den erfindungsgemäßen elektrischen Leiter fließenden Wechselströme wie beschrieben auf, so dass dem Skin- und dem Proximity-Effekt entgegengewirkt wird und der elektrische Leiter in Bezug auf seine äußere Form dennoch platzsparend gestaltet werden kann.
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Erfindungsgemäß wird davon ausgegangen, dass keine Isolation um die Einzeldrähte gebraucht wird. D. h. wenn sich die elektrische Leitfähigkeit des ersten metallischen Werkstoffs genug von der elektrischen Leitfähigkeit des zweiten metallischen Werkstoffs unterscheidet, reicht gewissermaßen die Abgrenzung der aus dem ersten metallischen Werkstoff bestehenden Einzelleiter untereinander durch den zweiten metallischen Werkstoff als Isolator aus, der diese umschließt. Ein Großteil des Stromes wird daher in den Einzelleitern aus dem ersten metallischen Werkstoff verbleiben. Zusätzlich kann sozusagen ein Teil des Stromes im umgebenden zweiten metallischen Werkstoff fließen. Dies gestaltet sich vorteilhafter als eine separate Isolierung, die erhöhten Bauraum und Kosten verursacht. Es ist also quasi ein Mittelweg, Kompromiss zwischen einem Litzenbüschel, also einer Vielzahl von elektrischen Einzelleitern gemäß dem Stand der Technik und einem massiven Stab, der wieder hohe Wechselstrom-Verluste durch Skin-/Proximity-Effekt hätte. Daneben lässt sich der erfindungsgemäße elektrische Leiter/Stab, da dieser eine Vielzahl von Einzelleitern aus einem ersten metallischen Werkstoff umfasst, die von einem zweiten metallischen Werkstoff umschlossen sind, besser kontaktieren als Litze, weil die Kontaktierung bzw. Verbindung des erfindungsgemäßen elektrischen Leiters mit einem weiteren elektrischen Leiter über den zweiten metallischen Werkstoff am Außenumfang des erfindungsgemäßen elektrischen Leiters erfolgt.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel sowie den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
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Wie in der nicht erfindungsgemäßen 1 gezeigt, weist ein elektrischer Leiter 1 zunächst eine Vielzahl elektrischer Einzelleiter 2 aus einem ersten metallischen Werkstoff auf. Die fünf gezeigten Einzelleiter 2 sind lediglich beispielhaft, es können bzw. werden in der Praxis mehr Einzelleiter 2 sein. Der erste metallische Werkstoff ist ein Nichteisenmetall, insbesondere Kupfer, d. h. technisch reines Kupfer, wie es allgemein in der Elektrotechnik verwendet wird. Wie in 1 gezeigt, verlaufen die (einzelnen Leiter) Einzelleiter 2 entlang der Längserstreckung, d. h. der Längsachse L des elektrischen Leiters 1. D. h. diese Einzelleiter 2 erstrecken sich über die überwiegende Länge des elektrischen Leiters 1, beispielsweise über die gesamte Länge des elektrischen Leiters 1, so dass ein Ende/eine Stirnseite (oder alle Enden/alle bzw. beide Stirnseiten) des elektrischen Leiters 1, wie in 1 explizit gezeigt, elektrische Einzelleiter 2 umfasst (umfassen). Die Einzelleiter 2 sind insbesondere gleichmäßig über den Querschnitt bzw. die (gesamte) Querschnittsfläche des elektrischen Leiters 1 verteilt. Jeder Einzelleiter 2 der Vielzahl von Einzelleitern 2 ist beispielsweise ein (Einzel-)Draht, d. h. ein (gegenüber seiner Länge) vergleichsweise dünner Stab bzw. stabförmiger Leiter. Hierbei kann es sich auch um einen Stab bzw. stabförmigen Leiter handeln, der durch das Zusammenführen mehrerer Profildrähte, insbesondere mit einem Röbelwerkzeug, also durch ein Verdrillen von (eckigen) Profildrähten gebildet wird („Röbelstab“), so dass sich auch die Vorteile ergeben, welche bekanntermaßen durch den Einsatz von Röbelstäben bedingt sind.
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Insbesondere ist jeder Einzelleiter 2 der Vielzahl von Einzelleitern 2 eine Litze, d. h. ein aus (sehr) dünnen Einzeldrähten (bis mehrere hundert) bestehender elektrischer Leiter, siehe auch die elektrotechnischen Normen IEC 60228 / VDE 0295. Diese einzelnen Litzen sind insbesondere parallel zueinander (also mit einem gewissen Abstand zwischen den einzelnen Litzen) ausgerichtet und verlaufen (allesamt) entlang der Längsachse L des elektrischen Leiters 1, denkbar ist auch, Gruppen von solchen Litzen zu bilden, beispielsweise durch ein Verdrillen mehrerer Litzen zu einem (elektrischen) Einzelleiter 2 oder sogar ein Verseilen mehrerer solcher verdrillter Litzen zu einem Einzelleiter 2.
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Erfindungsgemäß ist kein Einzelleiter 2 der Vielzahl von Einzelleitern 2 mit einem eigenen Isolator umhüllt. D. h. die Stäbe bzw. Röbelstäbe bzw. Litzen bzw. Runddrähte, welche die Vielzahl von Einzelleitern 2 repräsentieren, sind jeweils nicht von einer Isolierhülle umschlossen. Mit anderen Worten sind die Einzelleiter 2 der Vielzahl von Einzelleitern 2 nicht voneinander (gegeneinander) elektrisch isoliert durch eine Umhüllung mit einem (jeweils eigenen) Isolator, also es fehlt eine „Drahtisolierung“, so dass die Oberfläche jedes Einzelleiters 2 dem ersten metallischen Werkstoff entspricht. Vielmehr sind die Einzelleiter 2 voneinander beabstandet, so dass Zwischenräume zwischen den Einzelleitern 2 gebildet werden.
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Erfindungsgemäß ist die Vielzahl von Einzelleitern 2 in einem zweiten metallischen Werkstoff eingebettet. D. h. der elektrische Leiter 1 wird aus der Vielzahl von Einzelleitern 2 aus dem ersten metallischen Werkstoff gebildet, die von einem zweiten metallischen Werkstoff umschlossen sind, der eben die Zwischenräume zwischen den Einzelleitern 2 ausfüllt. Der zweite Werkstoff ist (ebenfalls) ein Nichteisenmetall, insbesondere (reines) Aluminium oder eine Aluminiumlegierung (bestehend überwiegend aus Aluminium) oder aber eine Kupferlegierung (bestehend überwiegend aus Kupfer), wie insbesondere Messing (Kupfer-Zink).
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Die Bildung, d. h. die Herstellung des erfindungsgemäßen elektrischen Leiters 1 erfolgt insbesondere durch ein Umgießen der Vielzahl von Einzelleitern 2 aus dem ersten metallischen Werkstoff mit dem zweiten metallischen Werkstoff. Insbesondere erfolgt diese Herstellung des elektrischen Leiters 1 mittels eines Druckguss-Gießverfahrens, wobei flüssige Schmelze des zweiten Werkstoffes in eine Gussform erfolgt, wobei die Einzelleiter 2 aus dem ersten metallischen Werkstoff in die Gussform eingelegt sind, so dass die Einzelleiter 2 von dem zweiten metallischen Werkstoff umschlossen werden. Insbesondere wird zwischen den Einzelleitern 2 aus dem ersten Werkstoff und dem zweiten Werkstoff, der die vielen Einzelleiter 2 umschließt bzw. umgibt bzw. ummantelt, bei einer Möglichkeit der Realisierung (z. B. Aluminium als zweiter Werkstoff) keine stoffschlüssige Verbindung hergestellt. D. h. die Vielzahl von Einzelleitern 2 wird nicht aufgeschmolzen und es wird kein Zusammenhalt zwischen den Einzelleitern 2 aus dem ersten metallischen Werkstoff und dem zweiten metallischen Werkstoff über atomare bzw. molekulare Kräfte geschaffen, vielmehr bilden sich zwischen dem ersten metallischen Werkstoff und dem zweiten metallischen Werkstoff intermetallische Verbindungen, die eher schlecht leitfähig sind und eine gewisse Isolierung zwischen den Einzelleitern 2 und dem die Einzelleiter 2 umschließenden zweiten metallischen Werkstoff bzw. unter den Einzelleitern 2 herstellen.
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Um den nunmehr gebildeten länglichen bzw. stabförmigen elektrischen Leiter 1, umfassend die Vielzahl elektrischer Einzelleiter 2 aus dem ersten metallischen Werkstoff, welche von dem zweiten metallischen Werkstoff umschlossen sind, kann eine (Außen-)Isolation zur Isolation gegenüber weiteren solchen elektrischen Leitern 1 angebracht sein, wie etwa eine Lackschicht oder ein Überzug mit einem Kunststoff oder eine durch Eloxieren (wenn der zweite metallische Werkstoff Aluminium umfasst) erzeugte Schicht (für Anwendungen bis z. B. 48V) zur Vermeidung eines unmittelbaren Kontakts, wie es etwa bei Spulenwindungen einer elektrischen Maschine der Fall ist.
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Die elektrische Leitfähigkeit des ersten metallischen Werkstoffs, d. h. der elektrischen Einzelleiter 2 ist erfindungsgemäß größer als die elektrische Leitfähigkeit des zweiten metallischen Werkstoffs. Wenn folglich in dem elektrischen Leiter 1 ein elektrischer Strom fließt, dann wird der elektrische Strom überwiegend in den Einzelleitern 2 aus dem ersten Werkstoff fließen, da deren elektrische Leitfähigkeit größer ist und nur zu einem geringen Teil durch den die Einzelleiter 2 umgebenden zweiten Werkstoff fließen, so dass eine (aufwendige) Isolierung der einzelnen Leiter gegeneinander und gegenüber dem zweiten metallischen Werkstoff entfallen kann und Platz gespart wird. Mit anderen Worten wird ein Großteil des fließenden elektrischen Stromes in den Einzelleitern 2 verbleiben und zusätzlich dazu ein Teil des elektrischen Stromes im umgebenden zweiten metallischen Werkstoff mit gegenüber den Einzelleitern 2 geringerer elektrischer Leitfähigkeit fließen, was erfindungsgemäß im Ergebnis noch besser ist, als eine (aufwendige und platzraubende) Isolierung der Einzelleiter 2 vorzusehen. Zudem wird dem Stromverdrängungseffekt und dem Proximity-Effekt (insbesondere bei Spulenwicklungen) entgegengewirkt, durch die Anordnung einer Vielzahl von elektrischen Einzelleitern 2, welche in einen metallischen Werkstoff (dem zweiten metallischen Werkstoff) mit einer gegenüber dem metallischen Werkstoff (dem ersten metallischen Werkstoff) der elektrischen Einzelleiter 2 geringeren elektrischen Leitfähigkeit eingebettet sind. D. h. erfindungsgemäß wird ein Kompromiss erreicht, zwischen dem aus dem Stand der Technik bekannten Ansatz, sehr viele voneinander isolierte elektrische Leiter jeweils mit einem kleinen Querschnitt, d. h. Drähte oder Litze vorzusehen, die dann gemeinsam einen elektrischen Leiter (Leiterbündel) bilden, so dass dem Stromverdrängungseffekt sowie dem Proximity-Effekt entgegengewirkt wird und einer möglichst geringen und flexiblen Querschnittsfläche/-form, so dass insbesondere bei einer Spulenanordnung bzw. bei einer Wechselstrommaschine oder eines Transformators ein hoher Nutfüllgrad erreicht werden kann bzw. dadurch, dass kein Isolationsmaterial zwischen den Einzelleitern erforderlich ist und gezielt weggelassen wird, Platz und Aufwand (Kosten, Zeit) gespart werden.
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Die Form des Querschnitts (Querschnittsfläche) des erfindungsgemäßen Leiters 1 kann beliebig gestaltet sein, insbesondere rund, oval oder vieleckig, d. h. rechteckig, trapezförmig (V-förmig) oder dreieckig. Die Querschnittsform des Leiters 1 wird insbesondere derart gewählt, dass ein möglichst hoher Nutfüllgrad/Nutfüllfaktor bei einer Spulenanordnung bzw. bei einer elektrischen Maschine, Rotor oder Stator erreicht wird, d. h. die Querschnittsform des Leiters 1 orientiert sich bevorzugt an der vorgegebenen (Querschnitts-)Form der jeweiligen Nut, in der der Leiter 1 in der praktischen Anwendung verläuft.
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Bevorzugt ist der erfindungsgemäße elektrische Leiter 1 (Bestand-)Teil einer Spule bzw. Wicklung (zur Erzeugung, Wandlung oder Detektion eines Magnetfelds). So umfasst etwa eine Wicklung einer elektrischen (Wechselstrom-)Maschine, für den Stator oder Rotor, den erfindungsgemäßen elektrischen Leiter 1. Die elektrische Maschine ist insbesondere Bestandteil eines Fahrzeuges. Zur Bildung einer (segmentierten) Stabwicklung/Formstabwicklung (Hairpin-/I-Pin-Wicklung) bzw. einer solchen (verteilten) Wicklung/Gesamtwicklung einer elektrischen Maschine wird dabei eine Vielzahl einzelner erfindungsgemäßer elektrischer Leiter 1 vorgegeben (in den Nuten des Stators bzw. Rotors) angeordnet und kontaktiert (verschweißt) bzw. verschaltet, so dass eben eine solche Formspule gebildet wird. Der erfindungsgemäße einzelne elektrische Leiter 1 ist dann, wie oben beschrieben, von außen, d. h. an der Außenseite isoliert bzw. mit einer (elektrisch nicht leitenden oder nur sehr wenig leitenden) Isolationsschicht versehen, so dass die Vielzahl einzelner elektrischer Leiter 1 von- bzw. gegeneinander elektrisch isoliert ist und beispielsweise über- und/oder nebeneinandergestapelt in der Nut eines Rotors oder Stators einer elektrischen Maschine in Kontakt steht, so dass wieder Platz gespart wird.
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Jeder einzelne erfindungsgemäße elektrische Leiter 1 (Formstab, Hairpin) wird zur Bildung einer solchen Wicklung in einer ersten Ausführung zunächst/erst hergestellt, wie oben beschrieben, insbesondere durch Einlegen von elektrischen Einzelleitern 2 aus dem ersten metallischen Werkstoff in eine Gussform und ein Umgießen dieser Einzelleiter 2 mit dem zweiten metallischen Werkstoff und dann so verformt, dass er die geeignete Form aufweist, insbesondere haarnadelförmig (U-förmig) ist, also eine einseitige geöffnete Klammer bildet, wobei wie bekannt die beiden in eine Richtung weisenden Enden dieser Klammer für eine Kontaktierung bereitstehen. Hierbei ist es von Vorteil, dass der zweite metallische Werkstoff, welcher die Einzelleiter 2 aus dem ersten metallischen Werkstoff umgibt, allein, d. h. nur für sich gesehen, vergleichsweise spröde ist, dadurch flexibler bzw. formbarer ist, dass erfindungsgemäß der elektrische Leiter 1 nunmehr sowohl den zweiten metallischen Werkstoff (insbesondere Aluminium) als auch die darin eingebetteten elektrischen Einzelleiter 2 aus dem ersten metallischen Werkstoff (insbesondere Kupfer) umfasst.
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Die zur Bildung einer solchen (Stab-)Wicklung, insbesondere vielen einzelnen erfindungsgemäßen elektrischen Leiter 1 (Formstab, Hairpin) können in einer weiteren Ausführung (auch schon) während der Herstellung des jeweiligen elektrischen Leiters 1 geformt, d. h. in die für die Zielanwendung erforderliche äußere Form gebracht werden, so dass dieser insbesondere haarnadelförmig (U-förmig) ist, also eine einseitige geöffnete Klammer bildet, wobei wie bekannt die beiden in eine Richtung weisenden Enden dieser Klammer für eine Kontaktierung bereitstehen und zwar dadurch, dass elektrische Einzelleiter 2 aus dem ersten metallischen Werkstoff, welche schon vorher so geformt (gebogen) wurden, dann in eine Gussform eingelegt werden und dann ein Umgießen dieser Einzelleiter 2 mit dem zweiten metallischen Werkstoff erfolgt, so dass ein Umformvorgang nach dem Umgießen der Einzelleiter 2 nicht erforderlich ist, da diese schon nach dem Umgießen die für die Zielanwendung erforderliche äußere Form aufweisen, wobei diese Ausführung von Vorteil ist, da jegliche Verformung des vergleichsweise spröden zweiten metallischen Werkstoffs, welcher die Einzelleiter 2 aus dem ersten metallischen Werkstoff umgibt, vermieden wird.
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Insbesondere im Zusammenhang mit der Bildung einer Spule bzw. Wicklung ist eine Verbindung des erfindungsgemäßen elektrischen Leiters 1 mit zumindest einem weiteren elektrischen Leiter, der ebenfalls ein erfindungsgemäß aufgebauter elektrischer Leiter 1 sein kann, regelmäßig problematisch. Wie oben schon beschrieben, wird zur Bildung einer (segmentierten) Stabwicklung/Formstabwicklung (kontinuierlichen Hairpin-/I-Pin-Wicklung) bzw. einer solchen (verteilten) Wicklung/Gesamtwicklung einer elektrischen Maschine eine Vielzahl einzelner erfindungsgemäßer (entsprechend geformter/gebogener/U-förmiger) elektrischer Leiter 1 vorgegeben (in den Nuten des Stators bzw. Rotors), angeordnet/eingesetzt und kontaktiert (verschweißt) bzw. verschaltet und zwar insbesondere an den Stirnseiten des Stators bzw. Rotors, so dass eben eine solche Formspule gebildet wird. Dadurch, dass der erfindungsgemäße elektrische Leiter 1 eine Vielzahl von elektrischen Einzelleitern 2 aus einem ersten metallischen Werkstoff umfasst, die von einem zweiten metallischen Werkstoff umhüllt sind, ergeben sich gegenüber einem stabförmigen elektrischen Leiter, der nur aus einem Material besteht (insbesondere Kupfer) hinsichtlich der Verbindbarkeit (Stoffschluss, Schweißverbindung) keine Nachteile, da der zweite metallische Werkstoff am Außenumfang (am jeweiligen Ende des jeweiligen Formstabes) für eine einfache bzw. routinemäßige Kontaktierung (Schweißverbindung) bereitsteht. Dadurch, dass die elektrischen Einzelleiter 2 in dem zweiten Werkstoff eingebettet sind und dieser somit deren Ummantelung bildet, ist es weiterhin vorteilhaft, gegenüber dem Stand der Technik, bei dem eine Vielzahl gegeneinander (beispielsweise durch eine Kunststoffhülle) isolierter elektrischer Einzelleiter, die wie oben beschrieben, dann gemeinsam einen elektrischen Leiter bilden (Leiterbündel), so dass dem Stromverdrängungs- und dem Proximity-Effekt entgegengewirkt wird, dass erfindungsgemäß diese Einzelleiter 2 gar nicht mehr insofern einzeln vorhanden sind, als diese einzeln mit einem weiteren (ggf. ebenfalls erfindungsgemäßen elektrischen Leiter 1) Leiter zu verbinden wären, da die elektrischen Einzelleiter 2 nunmehr erfindungsgemäß in dem zweiten metallischen Werkstoff eingebettet bzw. von diesem umschlossen sind, wobei eben nur noch der zweite metallische Werkstoff für die Kontaktierung (ausreichend) bereitsteht bzw. dafür ausreicht oder vorgesehen/zugeschlagen werden kann. D. h. es steht ein (Kontaktierungs-)Bereich an einem oder allen Enden (allen beiden Enden) des elektrischen Leiters 1 am Umfang/an der Umfangsfläche des elektrischen Leiters 1 bereit, wobei in diesem Bereich - für eine Kontaktierung mit einem weiteren elektrischen Leiter - vorteilhaft am Umfang/an der Umfangsfläche des elektrischen Leiters 1 (ausschließlich) der zweite metallische Werkstoff bereitsteht, so dass vorteilhaft ein Verbindungsverfahren angewendet wird bzw. genutzt werden kann, das hinsichtlich des zweiten metallischen Werkstoffs günstig bzw. optimal ist (geringe Kosten, wenig Zeit, hohe Zuverlässigkeit/Festigkeit). Erfindungsgemäß, siehe 2, erstrecken sich die Einzelleiter 2 nicht über die gesamte Länge des elektrischen Leiters 1, sondern sind um einen (frei wählbaren) Differenzbetrag kürzer, als der elektrische Leiter 1, so dass auch Stirnseiten bzw. Enden der Einzelleiter 2 mit dem zweiten metallischen Werkstoff umschlossen sind, so dass ein (Kontaktierungs-)Bereich am Umfang/an der Umfangsfläche des elektrischen Leiters 1 und an Stirnseiten (allen beiden Stirnseiten oder nur einer Stirnseite) bzw. Enden (allen beiden Enden oder nur einem Ende) des elektrischen Leiters 1 gebildet wird, der (infolgedessen) allein den zweiten metallischen Werkstoff umfasst und nicht auch die Einzelleiter 2 aus dem ersten metallischen Werkstoff, wobei dieser Bereich (allein) für eine Kontaktierung mit einem weiteren elektrischen Leiter (ggf. ebenfalls einem erfindungsgemäßen Leiter 1) bereitsteht, so dass vorteilhaft ein Verbindungsverfahren angewendet wird bzw. genutzt werden kann, das hinsichtlich des zweiten metallischen Werkstoffs günstig bzw. optimal ist (geringe Kosten, wenig Zeit, hohe Zuverlässigkeit/Festigkeit). D. h. dadurch, dass dieser Bereich des elektrischen Leiters 1 nur einen metallischen Werkstoff (den zweiten metallischen Werkstoff) umfasst, ist eine Kontaktierung/Verbindung mit einem weiteren elektrischen Leiter (ggf. ebenfalls einem erfindungsgemäßen elektrischen Leiter 1), insbesondere eine (gewöhnliche) Schweißverbindung, besonders vorteilhaft ohne besondere Maßnahmen möglich. Für den Fall der Bildung einer (Stab-)Wicklung aus vielen einzelnen erfindungsgemäßen elektrischen Leitern 1 (Formstab, Hairpin), welche jeweils die für die Zielanwendung erforderliche äußere Form aufweisen, wobei diese insbesondere haarnadelförmig (U-förmig) sind, also jeweils eine einseitige geöffnete Klammer bilden, wobei die beiden in eine Richtung weisenden Enden der jeweiligen Klammer für eine Kontaktierung bereitstehen, sind erfindungsgemäß an beiden Enden auf diese Weise mit solchen Bereichen ausgeführt.
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Natürlich kann der erfindungsgemäße elektrische Leiter 1 auch einfach eine Stromschiene sein, beispielsweise als (Bestand-)Teil einer leistungselektronischen Baugruppe, wie etwa eines Stromrichters oder Gleichspannungswandlers, d. h. innerhalb einer solchen Baugruppe angeordnet sein oder aber ein Verbindungselement zwischen einer solchen leistungselektronischen Baugruppe und einer elektrischen Maschine sein.
