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Die Erfindung betrifft einen Wickelkopfverbinder für einen Stator, insbesondere für einen Stator einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Elektromotors und/oder Generators, einen Busbar, eine Stromschiene, einen Wickelkopf, einen Stator und eine elektrische Maschine, Elektromotor und/oder Generator.
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Bei der Kontaktierung bzw. Verschaltung eines Wicklungssegments oder von Wicklungssegmenten eines Stators untereinander, mit einer Stromschiene und/oder mit einem Busbar in einem Prozessschritt ist oder kann, bei herkömmlicher Vorgehensweise, für einen geschlossenen Kühlkreislauf, für die Kontaktierung von Sensorik oder auch für die Kontaktierung bzw. Verschaltung eines weiteren Wicklungssegments oder weiterer Wicklungssegmente ein zweiter separater Prozessschritt oder weitere separate Prozessschritte erforderlich sein, um verschiedene Elemente zur Kontaktierung, Verschaltung, Kühlung, Medienführung und/oder Sensorik im Wickelkopf eines Stators zu installieren und/oder zu positionieren und/oder in die erforderliche Form zu bringen.
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Durch die damit einhergehende sequentielle Fertigung ergeben sich oder können sich Restriktionen im Bauraum von Statorwicklung und Busbars und/oder Stronschienen für die direkte Montage von Kühlelementen, Sensorik und/oder die elektrische und/oder thermische Verbindung und/oder Kontaktierung von Wicklungssegmenten im Wickelkopf des Stators ergeben.
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Ein montiertes Kühlelement, ein montierter gefertigter Sensoranschluss und/oder eine montierte Kontaktierung bzw. Verschaltung eines Wicklungssegments bewirkt oder kann einen blockierten Bauraum für andere Elemente bewirken und kann insbesondere Design- und/oder Positionierungsmöglichkeiten von Stromschienen und/oder Busbars limitieren.
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Busbarelemente und Elemente zur Verteilung des Kühlmediums oder Sensorelement sind bei herkömmlicher Fertigung vorzugsweise konstruktiv getrennt, müssen aber aufeinander abgestimmt werden.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein neues und/oder verbessertes Verbindungselement, insbesondere einen neuen und/oder verbesserten Wickelkopfverbinder, bereitzustellen.
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Ein zur Lösung dieser Aufgabe geeigneter Wickelkopfverbinder ist insbesondere in den Schutzansprüchen angegeben, die auf einen Wickelkopfverbinder, insbesondere mit den Merkmalen des unabhängigen Schutzanspruchs 1, einen Busbar, eine Stromschiene, einen Wickelkopf, einen Stator sowie eine elektrische Maschine gerichtet sind.
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Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen gemäß der Erfindung ergeben sich aus den jeweils abhängigen Schutzansprüchen.
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Die beanspruchbaren Merkmalskombinationen und Gegenstände gemäß der Erfindung sind nicht auf die gewählte Fassung und die gewählten Rückbeziehungen der Schutzansprüche beschränkt. Vielmehr kann jedes Merkmal einer Anspruchskategorie auch in einer anderen Anspruchskategorie beansprucht werden.
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Ferner kann jedes Merkmal in den Schutzansprüchen, auch unabhängig von deren Rückbeziehungen, in einer beliebigen Kombination mit einem oder mehreren anderen Merkmal(en) in den Schutzansprüchen beansprucht werden. Außerdem kann jedes Merkmal, das in der Beschreibung oder Zeichnung beschrieben oder offenbart ist, für sich, unabhängig oder losgelöst von dem Zusammenhang, in dem es steht, allein oder in jeglicher Kombination mit einem oder mehreren anderen Merkmalen, das oder die in den Schutzansprüchen oder in der Beschreibung oder Zeichnung beschrieben oder offenbart ist oder sind, beansprucht werden.
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Die Erfindung betrifft einen Wickelkopfverbinder für einen Stator, insbesondere für einen Stator einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Elektromotors und/oder Generators, umfassend wenigstens ein Verbindungselement, wobei das Verbindungselement umfasst
- - wenigstens einen ersten Kontaktbereich, vorzugsweise zur elektrischen und/oder thermischen Verbindung mit wenigstens einem ersten Leiter, insbesondere einem ersten Wicklungssegment,
- - wenigstens einen zweiten Kontaktbereich, vorzugsweise zur elektrischen und/oder thermischen Verbindung mit wenigstens einem zweiten Leiter, insbesondere einem zweiten Wicklungssegment,
- - wenigstens einen dritten Kontaktbereich, vorzugsweise zur elektrischen und/oder thermischen Verbindung mit wenigstens einem dritten Leiter, insbesondere einem dritten Wicklungssegment oder einer Stromphase, und
- - wenigstens einen Verbindungsbereich, vorzugsweise für die elektrische und/oder thermische Verbindung des ersten Kontaktbereichs und des zweiten Kontaktbereichs mit dem dritten Kontaktbereich.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Busbar und/oder eine Stromschiene für einen Stator, mit oder bestehend aus wenigstens einem Wickelkopfverbinder gemäß der Erfindung.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Wickelkopf für einen Stator, mit wenigstens einem Wickelkopfverbinder gemäß der Erfindung.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Stator mit zumindest zwei Wicklungssegmenten und wenigstens einem Wickelkopf und/oder wenigstens einem Wickelkopfverbinder zur elektrischen und/oder thermischen Verbindung der Wicklungssegmente und/oder Wickelkopfverbinder gemäß der Erfindung.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor und/oder einen elektrischer Generator, mit zumindest einem Stator und/oder Wickelkopfverbinder gemäß der Erfindung.
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Die Erfindung, insbesondere der erfindungsgemäße Wickelkopfverbinder, ermöglicht insbesondere die Minimierung von additiv gefertigtem Volumen und von benötigtem Bauraum. Die Erfindung ermöglicht insbesondere die Optimierung von Leiterführung und -verlauf.
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Die Erfindung, insbesondere der erfindungsgemäße Wickelkopfverbinder, ermöglicht insbesondere die Flexibilisierung von Leiterquerschnitten. Die Erfindung ermöglicht insbesondere die Reduzierung von ohmschen Verlusten. Die Erfindung ermöglicht insbesondere die Verbesserung von Leitungsanschlüssen.
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Die Erfindung, insbesondere der erfindungsgemäße Wickelkopfverbinder, ermöglicht insbesondere die Reduzierung des Materialbedarfs. Die Erfindung ermöglicht insbesondere eine Optimierung und/oder Reduzierung der Wärmeentwicklung.
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Die Erfindung ermöglicht insbesondere für Serienapplikationen eine Senkung von kritischen Prozesskosten und Materialkosten.
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Die Erfindung ermöglicht insbesondere eine Isolationswirkung durch Beabstandung benachbarter Leiter im Druckverfahren.
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Die Erfindung ermöglicht insbesondere die Verkürzung von Entwicklungs- und Produktionszeiten, insbesondere bei der Bereitstellung von Prototypen.
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Die Erfindung, insbesondere der erfindungsgemäße Wickelkopfverbinder, ermöglicht insbesondere die Integration der Prozessschritte Busbarmontage, Kontaktierung und Installation eines Kühlkanals in Form eines integrierten Schaltrings.
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Die Erfindung stellt insbesondere einen durch additives Verfahren hergestellten Wickelkopfverbinder bereit, wobei vorzugsweise direkt auf einem oder mehreren Wicklungssegmenten, insbesondere deren blanken Drahtenden, und/oder direkt auf Kühlelementen eine gewünschte Bauteilgeometrie des Wickelkopfverbinders erzeugt wird.
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In einer Ausführungsform ist der Wickelkopf oder Wickelkopfverbinder in einem Urformverfahren und/oder in einem additiven Verfahren hergestellt. In einer Ausführungsform ist der Wickelkopfverbinder einstückig hergestellt, insbesondere ohne Verwendung von Schweißverbindungen.
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In einer Ausführungsform ist der Wickelkopf oder Wickelkopfverbinder durch additives Aufbringen zumindest eines Abschnittes des Wickelkopfs oder Wickelkopfverbinders hergestellt, insbesondere durch schichtweises Aufbringen eines Aufbaumaterials und/oder durch örtlich selektives Verfestigen des Aufbaumaterials, vorzugsweise durch eine Bestrahlung mit mindestens einem auf das Aufbaumaterial auftreffenden Strahl.
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In einer Ausführungsform ist der Wickelkopf und/oder Wickelkopfverbinder in einem einzigen Arbeits- oder Prozessschritt hergestellt. In einer Ausführungsform ist der Wickelkopf oder Wickelkopfverbinder als 3D-Druck, insbesondere 3D-Kupferdruck, hergestellt.
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In einer Ausführungsform ist der Wickelkopfverbinder zumindest teilweise von einer elektrischen Isolierung umgeben, die insbesondere ebenfalls als 3D-Druck hergestellt oder alternativ aufgeschrumpft sein kann. In einer Ausführungsform ist der Wickelkopf oder Wickelkopfverbinder ohne Umformungen hergestellt und/oder direkt auf den Stator aufgedruckt, insbesondere ohne Verbiegen und Verdrillen des Wickelkopfverbinders.
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In einer Ausführungsform ist der Wickelkopf oder Wickelkopfverbinder durch schichtweises Aufbringen eines Aufbaumaterials, insbesondere Kupfer und/oder Isoliermaterial, hergestellt, insbesondere auf den Stator und/oder auf die Enden der Wicklungssegmente des Stators.
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In einer Ausführungsform ist der Wickelkopf und/oder Wickelkopfverbinder durch direktes Aufdrucken wenigstens eines Aufbaumaterials, insbesondere auf die Wicklungssegmente des Stators, hergestellt.
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In einer Ausführungsform ist der Wickelkopf oder Wickelkopfverbinder durch örtlich, insbesondere örtlich selektives und/oder variierendes, Verfestigen des wenigstens einen Aufbaumaterials hergestellt.
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In einer Ausführungsform ist wenigstens ein oder jedes Wicklungssegment ein Hairpin. Ein Hairpin kann insbesondere eine Steckspule sein oder umfassen, die zur Einfügung in eine Nut des Stators, insbesondere dessen zylinderförmigen Wicklungsträgers oder Blechpakets, vorgesehen und/oder ausgebildet sein kann. Ein Hairpin kann einen U-förmig gebogenen, insbesondere lackierten, Kupfer(flach)draht umfassen, der insbesondere in einem additiven Verfahren, einem Druckverfahren und/oder einem 3D-Druckverfahren hergestellt ist. Insbesondere kann die Geometrie eines Hairpins der einer Haarnadel ähneln oder entsprechen.
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In einer Ausführungsform ist der wenigstens eine Verbindungsbereich zur elektrischen Verschaltung von parallelen oder seriellen Leiter-Wicklungen und/oder Wicklungssegmenten, insbesondere Spulengruppen, vorgesehen.
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In einer Ausführungsform ist das Verbindungselement zumindest zur Verbindung eines ersten Wicklungssegments und eines zweiten Wicklungssegments vorgesehen.
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In einer Ausführungsform ist das erste Wicklungssegment dem zweiten Wicklungssegment im Stator axial oder radial benachbart. In einer alternativen oder derselben Ausführungsform ist zwischen dem ersten Wicklungssegment und dem zweiten Wicklungssegment zumindest ein drittes Wicklungssegment angeordnet.
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In einer Ausführungsform sind ein erstes Verbindungselement und ein zweites Verbindungselement sternpunktartig miteinander verbunden, insbesondere durch eine Sternpunkt-Verbindung und/oder als Sternpunkt.
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In einer Ausführungsform sind ein erstes Verbindungselement und ein zweites Verbindungselement einstückig als 3D-Druck hergestellt.
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In einer Ausführungsform verbindet die Sternpunkt-Verbindung zumindest zwei Kontaktbereiche der Verbindungselemente mit zumindest zwei Verbindungsbereichen der Verbindungselemente, insbesondere einen ersten und einen zweiten Kontaktbereich.
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In einer Ausführungsform sind ein erstes Verbindungselement und ein zweites Verbindungselement an ihrem jeweiligen dritten Kontaktbereich oder oberhalb ihres jeweiligen dritten Kontaktbereichs miteinander verbunden.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Wickelkopfverbinder für einen Stator, insbesondere für einen Stator einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Elektromotors und/oder Generators, wobei ein erstes Verbindungselement umfasst
- - wenigstens einen ersten Kontaktbereich zur elektrischen und/oder thermischen Verbindung mit wenigstens einem ersten Leiter, insbesondere einem ersten Wicklungssegment,
- - wenigstens einen zweiten Kontaktbereich zur elektrischen und/oder thermischen Verbindung mit wenigstens einem zweiten Leiter, insbesondere einem zweiten Wicklungssegment,
- - wenigstens einen dritten Kontaktbereich zur elektrischen und/oder thermischen Verbindung mit wenigstens einem dritten Leiter, insbesondere einem dritten Wicklungssegment oder einer Stromphase,
- - wenigstens einen ersten Verbindungsbereich für die elektrische und/oder thermische Verbindung des ersten Kontaktbereichs und des zweiten Kontaktbereichs mit dem dritten Kontaktbereich,
wobei ein zweites Verbindungselement umfasst - - wenigstens einen vierten Kontaktbereich zur elektrischen und/oder thermischen Verbindung mit wenigstens einem vierten Leiter, insbesondere einem vierten Wicklungssegment,
- - wenigstens einen fünften Kontaktbereich zur elektrischen und/oder thermischen Verbindung mit wenigstens einem fünften Leiter, insbesondere einem fünften Wicklungssegment,
- - wenigstens einen sechsten Kontaktbereich zur elektrischen und/oder thermischen Verbindung mit wenigstens einem sechsten Leiter, insbesondere einem sechsten Wicklungssegment oder einer Stromphase,
- - wenigstens einen zweiten Verbindungsbereich für die elektrische und/oder thermische Verbindung des vierten Kontaktbereichs und des fünften Kontaktbereichs mit dem sechsten Kontaktbereich.
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In einer Ausführungsform bildet der wenigstens eine Verbindungsbereich eine Zusatzfunktion, insbesondere eine Medienführung und/oder -kontaktierung oder einen Anschluss von Sensorelementen, aus und/oder stellt diese bereit.
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In einer Ausführungsform umfasst der wenigstens eine Verbindungsbereich einen Kontaktierungsbereich, insbesondere zur Medien- oder Fluidzuführung für einen Kühlkreislauf oder zum Anschluss von Sensorelementen.
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In einer Ausführungsform umfasst der wenigstens eine Verbindungsbereich einen Medienführungsbereich, insbesondere zur Medien- oder Fluidführung für einen Kühlkreislauf.
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In einer Ausführungsform bildet der wenigstens eine Verbindungsbereich eine Tasche aus, die die Zusatzfunktion bereitstellt, wobei die Tasche insbesondere einen Anschluss für eine Strom- oder Fluidzufuhr bereitstellt.
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Die Tasche ist insbesondere zumindest im Wesentlichen rechteckig ausgebildet. Vorzugsweise bildet die Tasche eine Buchse aus, in die ein elektrischer oder hydraulischer Anschluss einsteckbar ist.
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In einer Ausführungsform erstreckt sich von der Tasche weg wenigstens eine elektrische Leitung und/oder wenigstens eine fluidische Leitung.
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In einer Ausführungsform ist der wenigstens eine Verbindungsbereich im Wesentlichen dachartig ausgebildet.
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In Ausführungsformen umfasst der wenigstens eine Verbindungsbereich einen oder auch zwei, vorzugsweise zumindest im Wesentlichen gerade verlaufende, Schenkel, die insbesondere in einem Winkel zur oder zu einer Horizontalen und/oder Vertikalen ausgebildet sind, vorzugsweise einen Winkel und/oder eine Abweichung von mehr als 10° oder von mehr als 20° zur oder zu einer Horizontalen und/oder Vertikalen und/oder zu zumindest einem oder jedem Kontaktbereich aufweisen. In einer, insbesondere alternativen, Ausführungsform umfasst der wenigstens eine Verbindungsbereich einen, vorzugsweise zumindest im Wesentlichen gerade verlaufenden, Schenkel, der parallel zur oder zu einer Vertikalen ausgebildet ist.
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In einer Ausführungsform umfasst der wenigstens eine Verbindungsbereich zwei, vorzugsweise zumindest im Wesentlichen gerade verlaufende, Schenkel, die spiegelbildlich, insbesondere achsensymmetrisch, zueinander ausgebildet sind. In einer Ausführungsform umfasst der wenigstens eine Verbindungsbereich zwei winklig zueinander angeordnete, vorzugsweise zumindest im Wesentlichen gerade verlaufende, Schenkel, die insbesondere durch eine bogenartig ausgebildete Spitze miteinander verbunden sind.
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In einer Ausführungsform verlaufen die Schenkel insbesondere in einem Winkel von 90° bis 120° zueinander. In einer Ausführungsform ist die bogenartig ausgebildete Spitze mit einem Radius von 1cm bis 2cm versehen.
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In einer Ausführungsform geht der wenigstens eine Verbindungsbereich an einem ersten Ende bogenartig in den ersten Kontaktbereich und den zweiten Kontaktbereich über. In einer Ausführungsform umfasst der Verbindungsbereich einen ersten geraden Bereich, der in einen gekrümmten Bereich übergeht, an den sich ein zweiter gerader Bereich anschließt.
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In einer Ausführungsform sind der erste Kontaktbereich und der zweite Kontaktbereich und/oder der vierte Kontaktbereich und der fünfte Kontaktbereich und/oder der dritte Kontaktbereich und der sechste Kontaktbereich hufeisenartig zueinander angeordnet.
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In einer Ausführungsform ist der dritte Kontaktbereich als Phasenanschluss ausgebildet, insbesondere zum Anschluss einer Stromphase. Vorzugsweise weist der dritte Kontaktbereich ein, insbesondere kreisförmiges, Durchgangsloch auf, insbesondere zur Kontaktierung der Stromphase.
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In einer Ausführungsform weist das Verbindungselement wenigstens einen Querschnittssprung auf, wobei insbesondere der erste Kontaktbereich einen anderen Querschnitt als der dritte Kontaktbereich aufweist.
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In einer Ausführungsform weist der wenigstens eine Verbindungsbereich einen anderen Querschnitt als der erste, zweite und/oder dritte Kontaktbereich auf.
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In einer Ausführungsform ist der Querschnittssprung zur Leiterführung vorgesehen, insbesondere zur Bereitstellung eines ersten Querschnitts im Verbindungsbereich und eines zweiten Querschnitts in den Kontaktbereichen.
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Der Verbindungsbereich mit dem ersten Querschnitt kann insbesondere eine Hochvolt-Verbindung, eine Stromschiene und/oder einen Busbar zumindest teilweise ausbilden.
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In einer Ausführungsform werden oder sind der erste und der zweite Querschnitt durch direktes Drucken oder Aufdrucken ausgebildet, insbesondere in einem einzigen Arbeits- oder Prozessschritt.
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In einer Ausführungsform weist das Verbindungselement wenigstens einen Radialsprung auf, wobei insbesondere der erste Kontaktbereich einem anderen Radius, insbesondere bezogen auf den Stator, als der dritte Kontaktbereich zugeordnet ist.
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In einer Ausführungsform ist in wenigstens einem Verbindungsbereich und/oder Kontaktbereich eine Querschnittserweiterung, insbesondere eine erhöhte Breite und/oder Tiefe, zur Minimierung von Joulescher Erwärmung und/oder ohmschen Widerständen aufgedruckt. In einer Ausführungsform nimmt die durchschnittliche Betriebstemperatur des Verbindungselements in Richtung zur Spitze hin zu.
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In einer Ausführungsform umfasst der wenigstens eine Verbindungsbereich ein aktives Kühlelement, insbesondere einen Anschluss und/oder eine Tasche zum Kontaktieren und/oder Einstecken eines Kühlmittelanschlusses und/oder eine Kühlmittelführung zur Kühlung des Stators, insbesondere von wenigstens einem Wicklungssegment.
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In einer Ausführungsform umfasst der Wickelkopf eine Vielzahl von Wickelkopfverbindern, die radial und/oder axial gegeneinander versetzt sind, insbesondere um zumindest ein Wicklungssegment.
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In einer Ausführungsform weisen die Wickelkopfverbinder einen fest definierten Abstand zueinander auf, insbesondere einen Abstand zwischen 1mm und 2mm. In einer Ausführungsform ist die Vielzahl von Wickelkopfverbindern in einem einzigen Prozessschritt auf die Wicklungssegmente aufgedruckt.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Dabei wird auch auf die Zeichnungen Bezug genommen, in deren
- 1 ein Wickelkopfverbinder gemäß der Erfindung, in deren
- 2 ein Wickelkopf gemäß der Erfindung, in deren
- 3 ein Stator gemäß der Erfindung, in deren
- 4 ein Stator gemäß der Erfindung, und in deren
- 5 ein Hairpin gemäß der Erfindung
jeweils beispielhaft dargestellt sind. Einander entsprechende Teile und Größen sind in den 1 bis 5 mit denselben Bezugszeichen versehen, wobei der Übersichtlichkeit halber nicht alle Bezugszeichen in jeder Figur dargestellt sind. Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung werden im Folgenden anhand von 1 bis 5 erläutert.
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1 zeigt einen Wickelkopfverbinder 1 für einen Stator, insbesondere für einen Stator einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Elektromotors und/oder Generators.
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Der Wickelkopfverbinder 1 umfasst zwei Verbindungselemente 10, 20. Insbesondere sind die Verbindungselemente 10, 20 einstückig miteinander zum Wickelkopfverbinder 1 verbunden.
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Das jeweilige Verbindungselement 10, 20 umfasst einen ersten Kontaktbereich 11, 21, insbesondere zur elektrischen und thermischen Verbindung mit einem ersten Leiter, insbesondere einem ersten Wicklungssegment 74, 80.
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Das jeweilige Verbindungselement 10, 20 umfasst weiterhin einen zweiten Kontaktbereich 12, 22, insbesondere zur elektrischen und thermischen Verbindung mit einem zweiten Leiter, insbesondere einem zweiten Wicklungssegment 75, 81.
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Das jeweilige Verbindungselement 10, 20 umfasst zudem einen dritten Kontaktbereich 13, 23, insbesondere zur elektrischen und thermischen Verbindung mit einem dritten Leiter, vorzugsweise einem dritten Wicklungssegment 78, 79 oder einer Stromphase.
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Das jeweilige Verbindungselement 10, 20 umfasst auch einen Verbindungsbereich 14, 24 für die elektrische und thermische Verbindung des ersten Kontaktbereichs 11, 21 und des zweiten Kontaktbereichs 12, 22 mit dem dritten Kontaktbereich 13, 23.
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Das erste Verbindungselement 10 und das zweite Verbindungselement 20 sind sternpunktartig miteinander verbunden, insbesondere durch eine Sternpunkt-Verbindung und/oder als Sternpunkt.
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Das erste Verbindungselement 10 und das zweite Verbindungselement 20 sind einstückig als Wickelkopfverbinder 1 hergestellt, insbesondere als 3D- oder additiver Druck.
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Die Sternpunkt-Verbindung verbindet zwei Kontaktbereiche 13, 23 der Verbindungselemente 10, 20 mit zwei Verbindungsbereichen 14, 24 der Verbindungselemente 10, 20, insbesondere elektrisch und thermisch.
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Das erste Verbindungselement 10 und das zweite Verbindungselement 20 sind an ihrem jeweiligen dritten Kontaktbereich 13, 23 oder oberhalb ihres jeweiligen dritten Kontaktbereichs 13, 23 miteinander verbunden, so dass sich die dritten Kontaktbereiche 13, 23 zu einem Hufeisen ergänzen.
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Der jeweilige Verbindungsbereich 14, 24 ist im Wesentlichen dachartig ausgebildet.
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Der Verbindungsbereich 14, 24 umfasst zwei winklig zueinander angeordnete, vorzugsweise zumindest im Wesentlichen gerade verlaufende, Schenkel, die durch eine bogenartig ausgebildete Spitze miteinander verbunden sind.
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Die Schenkel verlaufen insbesondere in einem Winkel von 90° bis 120° zueinander. Die bogenartig ausgebildete Spitze ist mit einem Radius von 1cm bis 2cm versehen.
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Dies ermöglich eine kompakte Ausgestaltung des Wickelkopfverbinders 1 und/oder des Wickelkopfes 6 und/oder des Stators 7.
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Der jeweilige Verbindungsbereich 14, 24 geht an einem ersten Ende bogenartig in den ersten Kontaktbereich 11, 21 und den zweiten Kontaktbereich 12, 22 über.
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Der jeweilige Verbindungsbereich 14, 24 umfasst einen ersten geraden Bereich 15, der in einen gekrümmten Bereich 16 übergeht, an den sich ein zweiter gerader Bereich 17 anschließt.
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Der jeweilige erste Kontaktbereich 11, 21 und der zweite Kontaktbereich 12, 22 sind jeweils hufeisenartig zueinander angeordnet.
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2 zeigt einen Wickelkopf 6 für einen Stator 7, mit Wickelkopfverbindern 1, 3, 4, 5 sowie weiteren Wickelkopfverbindern, die axial und/oder radial gegeneinander versetzt sind.
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Der Wickelkopf 6 umfasst eine Vielzahl von Wickelkopfverbindern 1, 3, 4, 5, die radial und/oder axial gegeneinander versetzt sind, insbesondere um zumindest ein Wicklungssegment.
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2 zeigt Busbars oder Stromschienen 3, 4, 5 für einen Stator 7, mit jeweils einem Wickelkopfverbinder 3, 4, 5.
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Die Wickelkopfverbinder 1, 3, 4, 5 weisen einen fest definierten Abstand zueinander und/oder zu weiteren Wickelkopfverbindern auf, insbesondere einen Abstand zwischen 1mm und 2mm.
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Die Vielzahl von Wickelkopfverbindern 1, 3, 4, 5 ist in einem einzigen Prozessschritt auf die Wicklungssegmente aufgedruckt, von denen die Wickelkopfverbinder 70 bis 81 exemplarisch gezeigt und mit Referenzzeichen versehen sind.
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2 zeigt Wickelkopfverbinder 3, 4, 5 für einen Stator, insbesondere für einen Stator einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Elektromotors und/oder Generators.
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Die Wickelkopfverbinder 3, 4, 5 umfassen jeweils ein Verbindungselement 30, 40, 50.
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Die Verbindungselemente 30, 40, 50 umfassen jeweils einen ersten Kontaktbereich 31, 41, 51 zur elektrischen und thermischen Verbindung mit einem ersten Leiter, insbesondere einem ersten Wicklungssegment 70, 72, 76.
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Die Verbindungselemente 30, 40, 50 umfassen des Weiteren einen zweiten Kontaktbereich 32, 42, 52 zur elektrischen und thermischen Verbindung mit einem zweiten Leiter, insbesondere einem zweiten Wicklungssegment 71, 73, 78.
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Die Verbindungselemente 30, 40, 50 umfassen auch einen dritten Kontaktbereich 33, 43, 53 zur elektrischen und thermischen Verbindung mit einem dritten Leiter, insbesondere jeweils einer Stromphase.
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Die Verbindungselemente 30, 40, 50 umfassen weiterhin jeweils einen Verbindungsbereich 34, 44, 54 für die elektrische und thermische Verbindung des ersten Kontaktbereichs 31, 41, 51 und des zweiten Kontaktbereichs 32, 42, 52 mit dem dritten Kontaktbereich 33, 43, 53.
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Der Verbindungsbereich 34, 44 stellt jeweils des Weiteren eine Zusatzfunktion, insbesondere eine Medienführung und/oder -kontaktierung oder einen Anschluss von Sensorelementen, bereit.
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Der Verbindungsbereich 34, 44 umfasst jeweils einen Kontaktierungsbereich, insbesondere zur Medien- oder Fluidzuführung für einen Kühlkreislauf oder zum Anschluss von Sensorelementen,
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Der Verbindungsbereich 34, 44 umfasst jeweils einen Medienführungsbereich, insbesondere zur Medien- oder Fluidführung für einen Kühlkreislauf.
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Der Verbindungsbereich 34, 44 bildet jeweils eine Tasche aus, die die Zusatzfunktion bereitstellt. Die Tasche stellt einen Anschluss für eine Strom- oder Fluidzufuhr bereit.
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Der wenigstens eine Verbindungsbereich 34, 44, 54 umfasst ein aktives Kühlelement, insbesondere einen Anschluss und/oder eine Tasche zum Kontaktieren und/oder Einstecken eines Kühlmittelanschlusses und/oder eine Kühlmittelführung zur Kühlung des Stators, insbesondere von wenigstens einem Wicklungssegment.
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In einer Ausführungsform ist der Wickelkopf 6 oder Wickelkopfverbinder 1, 3, 4, 5 in einem Urformverfahren und/oder in einem additiven Verfahren hergestellt.
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In einer Ausführungsform ist der Wickelkopfverbinder 1, 3, 4, 5 einstückig hergestellt, insbesondere ohne Verwendung von Schweißverbindungen.
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In einer Ausführungsform ist der Wickelkopf 6 oder Wickelkopfverbinder 1, 3, 4, 5 in einem einzigen Arbeits- oder Prozessschritt hergestellt.
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In einer Ausführungsform ist der Wickelkopf 6 oder Wickelkopfverbinder 1, 3, 4, 5 als 3D-Druck, insbesondere 3D-Kupferdruck, hergestellt.
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In einer Ausführungsform ist der Wickelkopfverbinder 1, 3, 4, 5 zumindest teilweise von einer elektrischen Isolierung umgeben, die ebenfalls als 3D-Druck hergestellt ist.
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In einer Ausführungsform ist der Wickelkopf 6 oder Wickelkopfverbinder 1, 3, 4, 5 ohne Umformungen hergestellt, insbesondere ohne Verbiegen und Verdrillen.
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In einer Ausführungsform ist der Wickelkopf 6 oder Wickelkopfverbinder 1, 3, 4, 5 durch schichtweises Aufbringen eines Aufbaumaterials, insbesondere Kupfer und/oder Isoliermaterial, hergestellt.
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In einer Ausführungsform ist der Wickelkopf 6 oder Wickelkopfverbinder 1, 3, 4, 5 durch direktes Aufdrucken wenigstens eines Aufbaumaterials, insbesondere auf die Wicklungssegmente des Stators 7, hergestellt.
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In einer Ausführungsform ist der Wickelkopf 6 oder Wickelkopfverbinder 1, 3, 4, 5 durch örtlich, insbesondere örtlich selektives und/oder variierendes, Verfestigen des wenigstens einen Aufbaumaterials hergestellt.
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Wenigstens ein oder jedes Wicklungssegment ist ein Hairpin 8. Ein Hairpin umfasst oder ist insbesondere eine Steckspule, die zur Einfügung in eine Nut des Stators 7, insbesondere dessen zylinderförmigen Wicklungsträgers oder Blechpakets 84, vorgesehen und/oder ausgebildet ist. Ein Hairpin 8 besteht aus oder umfasst einen U-förmig gebogenen, insbesondere lackierten, Kupferflachdraht, der insbesondere in additiven Verfahren, einem Druckverfahren und/oder einem 3D-Druckverfahren hergestellt ist. Insbesondere ähnelt oder entspricht die Geometrie eines Hairpins 8 der einer Haarnadel.
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Der jeweilige Verbindungsbereich 14, 24, 34, 44, 54 ist zur elektrischen Verschaltung von parallelen oder seriellen Leiter-Wicklungen/Wicklungssegmenten, insbesondere Spulengruppen, Steckspulen und/oder Hairpins, vorgesehen.
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Die Verbindungselemente 10, 20, 30, 40, 50 sind zumindest zur Verbindung eines ersten Wicklungssegments 74, 80, 70, 72, 76 und eines zweiten Wicklungssegments 75, 81, 71, 73, 77 vorgesehen.
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Das erste Wicklungssegment 74, 80 ist in 2 dem zweiten Wicklungssegment 75, 81 im Stator axial benachbart, kann aber auch radial benachbart sein.
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Alternativ kann zwischen dem ersten Wicklungssegment und dem zweiten Wicklungssegment radial und/oder axial, insbesondere in Bezug auf den Stator, zumindest ein drittes Wicklungssegment angeordnet sein.
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Die Verbindungselemente 10, 20, 30, 40, 50 weisen wenigstens einen Querschnittssprung auf oder können diesen aufweisen.
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Der jeweils erste Kontaktbereich 31, 41, 51 in 2 weist einen anderen Querschnitt als der dritte Kontaktbereich 33, 43, 53 auf.
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Der Verbindungsbereich 34, 44, 54 in 2 weist einen anderen Querschnitt als der erste und zweite Kontaktbereich 33, 43, 53 auf.
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In 1 weist der erste Kontaktbereich 11, 21 einen ersten Querschnitt auf, der im Übergang zum Verbindungsbereich 14, 24 in einen größeren Querschnitt übergeht, um sich dann im Verbindungsbereich 14, 24 auf einen kleineren Querschnitt zu verengen.
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Der Querschnittssprung ist zur Optimierung oder Verbesserung der Leiterführung vorgesehen, insbesondere zur Bereitstellung eines ersten Querschnitts im Verbindungsbereich 14, 24, 34, 44, 54 und eines zweiten Querschnitts in den Kontaktbereichen 11, 21, 31, 41, 51.
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Der Verbindungsbereich 14, 24, 34, 44, 54 bildet mit dem ersten Querschnitt insbesondere eine Hochvolt-Verbindung, eine Stromschiene und/oder einen Busbar zumindest teilweise aus.
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Der erste und der zweite Querschnitt werden oder sind durch direktes Drucken oder Aufdrucken ausgebildet.
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In wenigstens einem Verbindungsbereich 14, 24, 34, 44, 54 und/oder Kontaktbereich 11, 21, 31, 41, 51 ist eine Querschnittserweiterung, insbesondere eine erhöhte Breite und/oder Tiefe, zur Minimierung von Joulescher Erwärmung/ohmschen Widerständen aufgedruckt.
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Die durchschnittliche Betriebstemperatur des Wickelkopfverbinders 1 nimmt in Richtung zur Spitze hin zu.
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3 und 4 zeigen einen Stator 7 mit zumindest den exemplarisch dargestellten Wicklungssegmenten 70 - 81 und einem Wickelkopf 6 zur elektrischen und thermischen Verbindung der Wicklungssegmente.
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Der Stator 7 umfasst einen ersten Wickelkopf 6, der auf eine erste Stirnseite eines zylinderförmigen Wicklungsträgers 84 aufgedruckt ist. Auf der gegenüberliegenden Stirnseite befindet sich ein zweiter Wickelkopf 9, der bevorzugt ebenfalls auf den Wicklungsträger aufgedruckt ist.
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Der Stator 7 ist Teil einer nicht als Figur gezeigten elektrischen Maschine, insbesondere eines Elektromotors und/oder elektrischen Generators, mit zumindest einem Stator 7 und einem nicht gezeigten Rotor.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 3, 4, 5
- Wickelkopfverbinder
- 10, 20, 30, 40, 50
- Verbindungselement
- 11, 21, 31, 41, 51
- erster Kontaktbereich
- 12, 22, 32, 42, 52
- zweiter Kontaktbereich
- 13, 23, 33, 43, 53
- dritter Kontaktbereich
- 14, 24, 34, 44, 54
- Verbindungsbereich
- 15, 17
- Gerade Bereiche
- 16
- Gekrümmter Bereich
- 3, 4, 5
- Busbar/Stromschiene
- 6, 9
- Wickelkopf
- 7
- Stator
- 71 - 83
- Wicklungssegmente
- 8
- Hairpin
- 84
- Wicklungsträger