DE102020007004A1

DE102020007004A1 - Verfahren zur Herstellung eines Hairpin-Leiters für eine Wicklung einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102020007004A1
Application number: DE102020007004.3A
Authority: DE
Inventors: Moritz Kilper
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2020-11-16
Filing date: 2020-11-16
Publication date: 2022-05-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hairpin-Leiters (1', 1") für eine Wicklung einer elektrischen Maschine, wobei ein Ausgangsleiter (1) mit einer primären Isolationsschicht (2) mit uniformer Isolationsschichtdicke versehen wird, wobei der Ausgangsleiter (1) zur Bildung des Hairpin-Leiters (1') in der mindestens einen Umformzone (3) gebogen wird, wobei durch einen Lackierprozess ein zusätzliches Aufdicken der Isolationsschicht (2) des Ausgangsleiters (1) in mindestens einer Umformzone (3) erfolgt, in der der Ausgangsleiter (1) später gebogen werden soll.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hairpin-Leiters für eine Wicklung einer elektrischen Maschine gemäß Anspruch 1.
Die Alterung eines elektrischen Isolationssystems in einer elektrischen Maschine wird durch die sogenannten TEAM-Beanspruchungen (Thermisch, elektrisch, Ambiente, Mechanisch) beeinflusst. Die elektrische Alterung wird hierbei durch elektrische Teilentladungen (TE) begünstigt. Es wird daher ein teilentladungsfreies Isolationssystem angestrebt. Teilentladungen werden beim Überschreiten einer Grenzspannung ausgelöst. Diese wiederum wird vom elektrischen Feld beeinflusst, das zwischen den Leitern und/oder dem Stator der elektrischen Maschine entsteht. Das sich ausbildende elektrische Feld ist von einer Isolationsschichtdicke abhängig. Durch einen Umformprozess bei der Herstellung von Hairpin-Leitern für den Stator erfährt deren Isolation eine Schichtdickenänderung, insbesondere eine Verringerung durch das Biegen der Hairpin-Leiter.
Die DE 199 63 491 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer hochwertigen Isolierung von elektrischen Leitern oder Leiterbündeln rotierender elektrischer Maschinen mittels Sprühsintern. Darin wird zum Stand der Technik ausgeführt: Herkömmlich werden auf dem Gebiet der Isolierung von Leitern oder Leiterbündeln von rotierenden elektrischen Maschinen verschiedene Verfahren verwendet. Bei einem Verfahren werden Bänder bestehend aus einem Glasfaserträger und Glimmerpapier auf einen Statorleiter lagenförmig spiralig aufgewickelt, bis eine gewünschte Isolierdicke erreicht ist. Durch eine anschließende Imprägnierung in Epoxyharz wird verbleibende Luft aus dem so entstandenen Isolierwickel verdrängt und die Bandlagen werden verklebt. Durch Aushärtung in einer geeigneten Form erhält die Isolierung ihre Endform.
Herstellungsbedingt sind die Glimmerplättchen bei diesem Verfahren in Bandrichtung ausgerichtet, so dass daraus in der fertigen Isolierung eine Ausrichtung der Glimmerplättchen parallel zur Leiteroberfläche resultiert. Bei der sogenannten „Resin rich“-Technik ist dem Band Epoxyharz im B-Zustand beigemischt, welches durch Heißpressen des Stabes verfestigt wird. Gemäß eines weiteren aus der EP 0 660 336 A2 bekannten Verfahrens werden Statorleiter mit Bändern bestehend aus thermoplastischem Kunststoff, gefüllt mit Glimmer, bewickelt. Eine Verfestigung und Formung erfolgt hier durch Heißpressen des bewickelten Statorleiters, wobei es zu Luftverdrängung, Aufschmelzen des Thermoplastes und Verklebung der Wickellagen kommt. Auch bei diesem Verfahren sind die Glimmerplättchen parallel zur Leiteroberfläche ausgerichtet. Bei keinem der Verfahren erfolgt jedoch ein vollständiges Auspressen der Luft. Es bleiben luftgefüllte Spalten und Löcher übrig, in denen es bei Spannungsbelastung zu Teilentladungen im Bereich von nC und darüber kommt. Schließlich kann eine Isolierung des Statorleiters auch durch eine Extrusion mit Thermoplasten ohne Füllstoffe, d. h. auch ohne Glimmer wie im US-Patent Nr. 5 650 031 beschrieben, erfolgen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Hairpin-Leiters für eine Wicklung einer elektrischen Maschine anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Hairpin-Leiters für eine Wicklung einer elektrischen Maschine wird ein Ausgangsleiter mit einer primären Isolationsschicht mit uniformer Isolationsschichtdicke versehen, wobei der Ausgangsleiter zur Bildung des Hairpin-Leiters in der mindestens einen Umformzone gebogen wird. Erfindungsgemäß erfolgt durch einen Lackierprozess ein zusätzliches Aufdicken der Isolationsschicht des Ausgangsleiters in mindestens einer Umformzone, in der der Ausgangsleiter später gebogen werden soll.
Durch das beschriebene Verfahren erhöht sich die Langlebigkeit der Isolation einer elektrischen Maschine, da Schwachstellen der ausgedünnten Isolationsschicht in den Umformzonen des Hairpin-Leiters verhindert werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:

1 eine schematische Ansicht von Herstellungsschritten eines Hairpin-Leiters für eine Wicklung einer elektrischen Maschine.

1 ist eine schematische Ansicht von Herstellungsschritten eines Hairpin-Leiters 1' für eine Wicklung einer elektrischen Maschine.
Zu Beginn des Verfahrens in einem Schritt S1 liegt ein gerader Ausgangsleiter 1 vor, der eine Isolationsschicht 2 mit uniformer Isolationsschichtdicke aufweist. In einem Schritt S2 erfolgt durch einen Lackierprozess ein zusätzliches Aufdicken der Isolationsschicht 2 des Ausgangsleiters 1 in mindestens einer Umformzone 3, in der der Ausgangsleiter 1 später gebogen werden soll, insbesondere in einer Umformzone 3 mit einem besonders engen Biegeradius. In einem Schritt S3 wird der Ausgangsleiter 1 zur Bildung des Hairpin-Leiters 1' in der mindestens einen Umformzone 3 umgeformt, insbesondere gebogen. Wegen der zuvor erfolgten Aufdickung der Isolationsschicht 2 in der Umformzone 3 verbleibt nach der Ausdünnung der Isolationsschichtdicke in der Umformzone 3 infolge des Umformens eine hinreichend dicke Isolationsschicht 2 auch im Bereich der Umformzone 3, so dass Teilentladungen in der elektrischen Maschine, in der der Hairpin-Leiter 1' später eingebaut ist, vermieden werden.
Dies trifft auch bei dreidimensional umgeformten Hairpin-Leitern 1" zu.
Die primäre Isolationsschicht 2 wird in einem Lackierprozess oder durch Extrusion auf den Ausgangsleiter 1 vor der Umformung aufgebracht. Hierbei wird der Auftrag der Isolationsschicht 2 in allen Bereichen gleichförmig vorgenommen. Lediglich an festgelegten Stellen wird die Isolationsschicht 2 gezielt durch einen zusätzlichen Lackierprozess aufgedickt. Beim Umformen des Ausgangsleiters 1 zum Hairpin-Leiter 1' kommt es dann zu einer Schichtdickenänderung; jedoch wird dabei die notwendige Schichtdicke nicht bis zum Minimum ausgedünnt.
Die vorliegende Erfindung schlägt also vor, den Ausgangsleiter 1, insbesondere bei Hairpin-Steckwicklungen, nicht nur durch einen üblichen Lackierprozess zu isolieren, sondern gezielt an den künftigen Umformzonen 3 eine zweite Lage Isolationslack oder Ähnliches aufzubringen, damit dieser beim Umformen und der damit verbundenen Längenänderung am Ende wieder mehr als die übliche Mindestdicke aufweist. Alternativ kann im ersten Schritt S1 die Isolationslackierung unterschiedlich dick aufgetragen werden um den gleichen Effekt zu erhalten oder die Umformzonen 3 kann im Nachgang nochmals isoliert werden, um so auch die Mindestdicke zu erzielen.
Durch das beschrieben Verfahren erhöht sich die Langlebigkeit der Isolation einer elektrischen Maschine, da Schwachstellen der ausgedünnten Isolationsschicht 2 in den Umformzonen 3 des Hairpin-Leiters 1' verhindert werden.
Bezugszeichenliste

1: Ausgangsleiter
1': Hairpin-Leiter
1": Hairpin-Leiter
2: Isolationsschicht
3: Umformzone
S1: Schritt
S2: Schritt
S3: Schritt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19963491 A1 [0003]
EP 0660336 A2 [0004]
US 5650031 [0004]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Hairpin-Leiters (1', 1") für eine Wicklung einer elektrischen Maschine, wobei ein Ausgangsleiter (1) mit einer primären Isolationsschicht (2) mit uniformer Isolationsschichtdicke versehen wird, wobei der Ausgangsleiter (1) zur Bildung des Hairpin-Leiters (1') in der mindestens einen Umformzone (3) gebogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen Lackierprozess ein zusätzliches Aufdicken der Isolationsschicht (2) des Ausgangsleiters (1) in mindestens einer Umformzone (3) erfolgt, in der der Ausgangsleiter (1) später gebogen werden soll.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangsleiter (1) dreidimensional zu einem Hairpin-Leiter (1") umgeformt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die primäre Isolationsschicht (2) in einem Lackierprozess oder durch Extrusion auf den Ausgangsleiter (1) aufgebracht wird.
Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass die primäre Isolationsschicht (2) in mindestens einer Umformzone (3) dicker aufgetragen wird, in der der Ausgangsleiter (1) später gebogen werden soll.
Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen Lackierprozess ein zusätzliches Aufdicken der Isolationsschicht (2) in mindestens einer Umformzone (3) erfolgt, in der der Ausgangsleiter (1) gebogen wurde.