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Die Erfindung betrifft einen Isolationskörper eines Stators, insbesondere eines Zusammenbaustators, welcher zwischen einer Kontaktbrücke und der Endoberfläche eines Stator-Bauraums angeordnet ist.
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Isolationskörper werden in elektrischen Maschinen und in deren Stator dazu eingesetzt, einen Kontakt zwischen leitenden Materialien an ungewünschten Stellen zu unterbinden. Der Stator einer elektrischen Maschine umfasst dabei üblicherweise mehrere Spulen, wobei diese in einem axialen Endbereich des Stators über Schweißschienen und eine Kontaktschiene mit umlaufenden elektrisch leitenden Drähten verbunden sind. Die Drähte, meist drei an der Zahl, sind dabei voneinander isoliert eingebaut und können, beispielsweise wie in der
DE 11 2011 100 325 T5 beschrieben, jeweils von einer Sammelschiene umschlossen sein. Die Sammelschiene isoliert dabei den jeweiligen Draht, den sie umgibt. Die dort beschriebenen drei Sammelschienen und Drähte sind in axialer Richtung übereinander angeordnet, wobei die Sammelschienen gegenüber der darunter liegenden Kontaktschiene durch eine Harzschicht abgedichtet und isoliert werden können.
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Es kann aber auch, wie in der
DE 10 2015 221 843 A1 beschrieben, ein Verbindungsmittel am axialen Ende des Stators zur Verbindung und Versiegelung der Endabschnitte von Statordrähten verwendet werden. Dabei kann das Verbindungsmittel insbesondere eine Platine sein, wobei diese auch eine isolierende Deckschicht am oberen und/oder unteren Ende der Oberfläche besitzen kann. Eine zusätzliche Versiegelung mit Harz beziehungsweise einem Vergussmaterial ist ebenfalls möglich, damit die Statordrähte nicht freiliegen und somit der Umgebung der elektrischen Maschine ausgesetzt sind.
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Auch in dem in der
DE 10 2014 012 824 A1 beschriebenen Schaltring ist eine Isolierung der unterschiedlichen Schichten nötig. Dabei können die isolierenden Schichten aus Kunststoff beziehungsweise einem Isolierpapier bestehen, welches am Ende mit Harz beziehungsweise einem Vergussmaterial zum Versiegeln der zwischen den Isolierschichten liegenden elektrischen Verbindungen verwendet wird.
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Die hier vorgestellten Isoliermöglichkeiten bestehen jedoch meist aus mehrteiligen Isolierkörpern, welche je nach Bedarf zur Befestigung, zur Stabilisierung, zur Erhöhung der Steifigkeit oder einfach nur zur Isolation der elektrisch leitenden Komponenten verwendet werden. Häufig wird auch ein Isolationspapier eingesetzt, um zusätzlich aufgebrachtes Isolierharz aufzunehmen, um die Steifigkeit des Isolierkörpers zu erhöhen. Bei mehrteiligen Isolationskörpern ist außerdem die Montage komplizierter. Speziell bei Zusammenbaustatoren, wo eine Isolierung zwischen dem Stator-Bauraum und einer elektrisch leitenden Kontaktbrücke nötig ist, wird sowohl eine isolierende Fähigkeit als auch eine gewisse Stabilität benötigt, und im besten Fall auch eine einfache Anbindung oder Aufbringung eines Harzes zum Abdichten von kleinen Rissen und Luftlöchern von zur Kontaktbrücke führenden Schweißschienen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Erhöhung der Steifigkeit und die Vereinfachung der Montage eines Isolationskörpers eines Stators einer elektrischen Maschine.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine der Oberflächen des Isolationskörpers dazu ausgebildet ist, dass auf ihr Harz aufbringbar ist, um die Steifigkeit des Isolationskörpers zu erhöhen, wobei der Isolationskörper für eine vereinfachte Montage nur aus einem einzigen Bauteil besteht.
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In der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Stator-Bauraum den Teil des Stators, in welchem Spulen, beziehungsweise Induktionsspulen, mit ihrem Kern untergebracht sind. Der Stator kann insbesondere für eine elektrische Maschine mit innenlaufendem Rotor eingesetzt werden, wobei die Form des Stators bevorzugt im Wesentlichen der Form eines Hohlzylinders entspricht. Der Stator wird bevorzugt in axialer Richtung von einer Endoberfläche nach oben oder unten begrenzt, wobei die Endoberfläche bevorzugt ringförmig ausgebildet ist. Bevorzugterweise ist der Stator ein Zusammenbaustator, also aus vielen einzelnen Segmenten zusammengesetzt.
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An der Endoberfläche des Stators sind vorzugsweise Elemente zur elektrischen Anbindung der Statorspulen an elektrisch leitende Drähte angeordnet. Erfindungsgemäß sind auf der Endoberfläche ein Isolationskörper und darüber eine Kontaktbrücke angeordnet, wobei bevorzugt über der Kontaktbrücke mehrere elektrisch leitende Drähte angeordnet sind. Zur elektrischen Verbindung des Stators mit der Kontaktbrücke und den Drähten sind senkrecht zur der Endoberfläche an dieser vorzugsweise mehrere Schweißschienen angebracht. Bevorzugterweise sind die Schweißschienen dabei auf dem inneren und/oder äußeren Umfang der insbesondere ringförmigen Endoberfläche an- oder aufgebracht. Der Isolationskörper, die Kontaktbrücke und die bevorzugterweise darüber angebrachten Drähte sind somit besonders bevorzugt zwischen den am inneren und äußeren Umfang der Endoberfläche angebrachten Schweißschienen angeordnet. Der Isolationskörper ist vorzugsweise gebogen ausgebildet, insbesondere derart, dass der mittlere Krümmungsradius der langen Kante im Wesentlichen dem gemittelten Radius aus Innenumfang und Außenumfang der Endoberfläche entspricht. Der Isolationskörper isoliert bevorzugterweise die Kontaktbrücke gegenüber dem Stator-Bauraum. Die Drähte und die Kontaktbrücke können aus Kupfer bestehen bzw. mit Kupfer überzogen sein, der Isolationskörper ist vorzugsweise aus Kunststoff.
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Der erfindungsgemäße Isolationskörper besteht nur aus einem einzigen Bauteil, also insbesondere nicht aus einer Isolierschiene und einem Isolationspapier. Dadurch wird die Montage des Stators deutlich vereinfacht, da nur ein Bauteil gefügt und montiert werden muss. In bekannten Ausführungsformen nach dem Stand der Technik soll das Isolationspapier aufgebrachtes Harz aufnehmen und nach dem Aushärten des Harzes die Steifigkeit des Isolationskörpers erhöhen. Um die erhöhte Steifigkeit auch ohne Isolationspapier zu gewährleisten, weist der erfindungsgemäße Isolationskörper eine Oberfläche auf, die dazu ausgebildet ist, dass Harz gut auf ihr aufbringbar ist. Dazu kann die Oberfläche sich an das Harz anbinden oder in einer Form geformt sein, welche die Anordnung von Harz darauf begünstigt. Insbesondere ist es dabei wichtig, dass das Harz im nicht ausgehärteten Zustand eine Weile auf der Oberfläche verbleibt, damit es ausgehärtet werden kann. Erfindungsgemäß ist eine der Oberflächen des Isolationskörpers derart ausgebildet, dass Harz auf ihr aufbringbar ist, insbesondere ist ein Teil der einen Oberfläche für eine verbesserte Harzaufbringung ausgeformt, wobei die Harzaufbringung im Vergleich zu einer flachen Oberfläche verbessert ist. Die im Folgenden beschriebenen Oberflächen des Isolationskörpers beziehen sich auf die eine Oberfläche, welche zur Aufbringung des Harzes ausgebildet ist.
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Die Möglichkeit, Harz gut auf einer der Oberflächen des Isolationskörpers anzuordnen, ist auch daher notwendig, da das Harz dazu verwendet wird, die thermische Anbindung der Schweißschienen an die über dem Isolationskörper angeordnete Kontaktbrücke zu verbessern.
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Das Harz verschließt auch kleine Luftkammern der Schweißschienen, damit diese nicht die Leitfähigkeit zur Kontaktbrücke und den leitenden Drähten stören. Es ist daher vorteilhaft, wenn das Harz zwischen Isolationskörper und Kontaktbrücke gut und in ausreichender Menge angeordnet werden kann, wenn also die Oberfläche des Isolationskörpers dazu ausgeformt ist, eine gute Anordnung des Harzes sicherzustellen. Das Harz kann zwischen Isolationskörper und Kontaktbrücke in flüssigem oder fließbaren Zustand eingebracht werden und anschließend ausgehärtet werden.
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Bevorzugterweise ist die Oberfläche des Isolationskörpers, welche der Kontaktbrücke zugewandt ist, derart geformt, dass im zusammengebauten Zustand des Stators Bereiche der Oberfläche in Kontakt mit der Kontaktbrücke stehen. Besonders bevorzugt weist die Oberfläche des Isolationskörpers dabei Erhebungen und/oder Vertiefungen auf. Die Kontaktbrücke wird dabei vorzugsweise von den höchsten Bereichen der Erhebungen kontaktiert. Die auf der Oberfläche angeordnete Harzschicht ist daher bevorzugt unterschiedlich dick ausgeformt, da im Bereich der Vertiefungen der Oberfläche die Harzschicht deutlich dicker als im Bereich der Erhebungen sein kann.
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Die Erhebungen und Vertiefungen können dabei in Mustern angeordnet sein, beispielsweise wabenförmig, ringförmig, wellenförmig, rillenförmig oder pyramidenförmig. Besonders bevorzugt weist die Oberfläche des Isolationskörpers Rillen auf, welche die Oberfläche in Längsrichtung durchziehen. Falls der Isolationskörper an seiner langen Kante gekrümmt ist, verlaufen die Erhebungen und Vertiefungen auch gekrümmt. Der Krümmungsradius der Erhebungen und Vertiefungen ist dabei größer als der kleinere der beiden Krümmungsradien einer der langen Kanten des Isolationskörpers und kleiner als der größere Krümmungsradius der beiden langen Kanten. Vorzugsweise verlaufen die Erhebungen und Vertiefungen in radialer Richtung der Krümmung abwechselnd zueinander, wobei dadurch Rillen gebildet werden können. Dies ist besonders vorteilhaft, da das Harz durch die Rillen entlang der Krümmung von einer Seite des Isolationskörpers auf die andere fließen kann und somit der Zwischenraum zwischen Isolationskörper und Kontaktbrücke im zusammengebauten Zustand unkompliziert gefüllt werden kann.
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Insbesondere überschreiten die Erhebungen bzw. Vertiefungen der Oberfläche des Isolationskörpers nicht eine Höhe bzw. Tiefe von 1 mm. Die Höhe bzw. Tiefe bemisst sich dabei von der höchsten Stelle der Erhebung bzw. der tiefsten Stelle der Vertiefung bis zur Oberfläche des Isolationskörpers. Besonders bevorzugt sind die Erhebungen bzw. die Vertiefungen der Oberfläche des Isolationskörpers weniger als 0,7 mm hoch bzw. tief. Bei zu großer Höhe und/oder Tiefe besteht die Gefahr, dass das Harz vor dem Aushärten nicht den Zwischenraum zwischen Kontaktbrücke und Isolationskörper ausfüllt, sondern seitlich an der Isolationsbrücke herausfließt und einen Zwischenraum zur Kontaktbrücke freilässt. Für den Fall der Verwendung eines zähflüssigeren Harzes kann die Höhe der Erhebungen bzw. die Tiefe der Vertiefungen auch bis zu 5 mm betragen.
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Die Länge des Isolationskörpers ist besonders bevorzugt so lang, dass sie mindestens der Hälfte, insbesondere einem Viertel bis einem Drittel des Umfangs, also des äußeren Randes, der Endoberfläche des Stator-Bauraums entspricht. Für den Fall einer ringförmigen Endoberfläche entspricht die Länge des Isolationskörpers bevorzugt dem Kreisbogen des Außenumfangs der Endoberfläche eines Kreissegments von maximal 180°. Insbesondere entspricht die Länge des Isolationskörpers dem Kreisbogen des Außenumfangs der ringförmigen Endoberfläche eines Kreisbogensegments von 60° bis 120°. Der Isolationskörper und die Kontaktbrücke sind vorzugsweise derart auf der Endoberfläche des Stator-Bauraums aufgebracht, dass diese nicht den vollen Ring der Endoberfläche bedecken, sondern nur in einem Bereich aufgebracht sind, welcher weniger als die Hälfte, bevorzugterweise etwa ein Drittel, der Endoberfläche bedeckt.
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Ein erfindungsgemäßer Stator für eine elektrische Maschine umfasst eine Kontaktbrücke, einen Isolationskörper wie vorangegangen beschrieben und einen Stator-Bauraum, welcher mindestens eine Schweißschiene zur Kontaktbrücke umfasst, wobei der Isolationskörper zwischen einer Endoberfläche des Stator-Bauraums und der Kontaktbrücke angebracht ist. Der Stator ist vorzugsweise ein Zusammenbaustator, wobei der Rotor im Inneren des Stators rotiert. Vorzugsweise ist die Form des Stators ein Hohlzylinder. Besonders bevorzugt umfasst der Isolationskörper des Stators kein Isolationspapier, ganz besonders bevorzugt ist im kompletten Stator kein Isolationspapier eingebracht. Ganz besonders bevorzugt ist der Stator mit einer Sternschaltung versehen.
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Die Erfindung umfasst ebenfalls eine elektrische Maschine mit einem wie oben beschriebenen Stator, wobei die elektrische Maschine bevorzugt über eine Sternschaltung verfügt.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
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Es zeigen schematisch:
- 1: eine Explosionszeichnung einer schon bekannten Ausführungsform des Stands der Technik eines Endabschnitts eines Stator-Bauraums,
- 2: eine Explosionszeichnung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Endabschnitts eines Stator-Bauraums und
- 3: eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts Z eines Isolationskörpers, insbesondere dessen Oberfläche, gemäß der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt einen Stator 100 in einer bekannten Ausführungsform nach dem Stand der Technik. Abgebildet ist ein Teil des Endabschnitts eines Stator-Bauraums 30 mit einer Endoberfläche 31. Die Endoberfläche 31 des Stator-Bauraums 30 ist ringförmig, da der Stator-Bauraum 30 in der Mitte einen Hohlraum besitzt, in welchem ein Rotor untergebracht werden kann. Senkrecht abstehend von der Endoberfläche 31 sind Schweißschienen 33 angebracht, welche am inneren und äußeren Umfang gegenüber voneinander angeordnet sind.
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Auf der Endoberfläche 31 ist im zusammengebauten Zustand des Stators 100 ein Isolationskörper 10 angeordnet, wobei der Isolationskörper 10 in dem Bereich der Endoberfläche 31, welcher zwischen den Schweißschienen 33 auf dem inneren und äußeren Umfang gebildet wird, aufliegt. Der Isolationskörper 10 besteht dabei in der gezeigten bekannten Ausführungsform aus einer Isolationsschiene 10a und einem Isolationspapier 10b. Die Isolationsschiene 10a hat auf der der Endoberfläche 31 abgewandten Seite eine im Wesentlichen glatte Oberfläche 11. Im zusammengebauten Zustand des Stators 100 ist auf der Oberfläche 11 das Isolationspapier 10b angeordnet, worauf die Kontaktbrücke 20 angeordnet ist. Die Kontaktbrücke 20 ist dazu ausgebildet, mit einer Anzahl von Schweißschienen 33 verbunden zu werden. Im zusammengebauten Zustand wird zwischen Kontaktbrücke 20 und Endoberfläche 31 des Stator-Bauraums 30 ein Harz eingelassen, welches vom Isolationspapier 10b aufgenommen wird, bevor es ausgehärtet wird. Dies erhöht die Stabilität des Isolationskörpers 10 und verbessert die Leitfähigkeit der Schweißschienen 33 und deren Verbindung an die meist kupferne Kontaktbrücke 20.
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2 zeigt ebenfalls einen Teil eines Stator-Bauraums 30 dessen Endabschnitt eine ringförmige Endoberfläche 31 aufweist, die von einem äußeren Rand 32 nach außen begrenzt wird und von der senkrecht mehrere Schweißschienen 33 abstehen. Der Stator-Bauraum 30 ist in Form eines Hohlzylinders ausgebildet, wobei in der Mitte ein Rotor angeordnet werden kann. Die Schweißschienen 33 sind derart angeordnet, dass die Hälfte im Bereich des Innenumfangs der Endoberfläche 31 angebracht ist, die andere Hälfte gegenüberliegend davon im Bereich des Außenumfangs. In 2 sind beispielhaft 24 Schweißschienen 33 abgebildet, wobei 12 im Bereich des Innenumfangs und 12 im Bereich des Außenumfangs der Endoberfläche 31 angeordnet sind. Nur ein Segment des Rings der Endoberfläche 31 wird mit Schweißschienen 33 ausgestattet, wobei das Kreissegment im Wesentlichen 60° groß ist.
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In diesem Kreissegment der Endoberfläche 31 ist zwischen den Schweißschienen 33 im zusammengebauten Zustand des Stators 100 ein Isolationskörper 10 angeordnet, welcher auf der Endoberfläche 31 aufliegt, jedoch auch über diese hinausragen kann und mit den innen- und außenliegenden Seitenwänden des Stator-Bauraums 30 in Kontakt sein kann. Der Isolationskörper 10 ist dabei derart an seiner langen Kante gekrümmt, dass seine Krümmung eine Größe zwischen der des Innen- und der des Außenumfangs der Endoberfläche 31 hat. Die von der Endoberfläche 31 abgewandte Oberfläche 11 des Isolationskörpers 10 ist im zusammengebauten Zustand des Stators 100 an einigen Stellen in direktem Kontakt zu einer darüber angeordneten Kontaktbrücke 20. Die Oberfläche 11 weist Erhebungen 12 und Vertiefungen 13 auf, wobei der Kontakt zur Kontaktbrücke 20 an den höchsten Stellen der Erhebungen 12 stattfindet. Wie in 2 beispielhaft gezeigt, können die Erhebungen 12 und die Vertiefungen 13 dabei Rillen auf der Oberfläche 11 ausbilden, wobei die beispielhaft gezeigten Rillen in einer Längsrichtung verlaufen, welche parallel zum Rand der Endoberfläche 31 verlaufen.
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Die Kontaktbrücke 20 besteht bevorzugterweise aus einem leitenden Metall, ganz bevorzugterweise aus Kupfer, und ist im zusammengebauten Zustand des Stators 100 mit einem Teil der Schweißschienen 33 elektrisch verbunden. Da die Oberfläche 11 des Isolationskörpers 10 Erhebungen 12 und Vertiefungen 13 aufweist, kann zwischen den Isolationskörper 10 und die Kontaktbrücke 20 Harz einfließen, welches anschließend ausgehärtet werden kann und dadurch die Steifigkeit des Isolationskörpers 10 erhöht. In einer solchen erfindungsgemäßen Ausführungsform ist daher kein Isolationspapier 10b wie in 1 gezeigt nötig.
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Der in 2 mit Z bezeichnete Ausschnitt des Isolationskörpers 10, welcher in 3 gezeigt wird, zeigt die Erhebungen 12 und Vertiefungen 13 der Oberfläche 11. Dabei wird die Höhe 14a der Erhebungen 12 und die Tiefe 14b der Vertiefungen 13 ausgehend von der Oberfläche 11 des Isolationskörpers 10 gemessen, wobei die Höhe 14a und die Tiefe 14b geringer als 1 mm, bevorzugterweise geringer als 0,7 mm ist. Auf den höchsten Punkten der Erhebung 12 liegt im zusammengebauten Zustand des Stators 100 (siehe 2) die Kontaktbrücke 20 (siehe 2) auf. Der Isolationskörper 10 ist aus einem elektrisch isolierenden Material, vorzugsweise aus Kunststoff, gefertigt.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Stator
- 10
- Isolationskörper
- 10a
- Isolationsschiene
- 10b
- Isolationspapier
- 11
- Oberfläche
- 12
- Erhebung
- 13
- Vertiefung
- 14a
- Höhe
- 14b
- Tiefe
- 20
- Kontaktbrücke
- 30
- Stator-Bauraum
- 31
- Endoberfläche
- 32
- äußerer Rand
- 33
- Schweißschiene
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 112011100325 T5 [0002]
- DE 102015221843 A1 [0003]
- DE 102014012824 A1 [0004]
