DE2328436C3 - Zwischenlage zur Spulenisolierung in den Wickelköpfen elektrischer Maschinen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine /wi schenlage aus Kunststoffolie zur Spulenisolierung in den Wickelkopfcn des Stators einer elektrischen Ma schine, bestehend aus zwei lsHierflachcn und mindestens einem damit einstöckigen durch eine Slalornut geführten Verbindungsteil Diese Isolation wird beider seits eines .Statorpakets angeordnet Die Teile der isolierung zu beiden Seiten eines Statorpakets sind durch ein oder mehrere Verbindungsstücke aus dem gleichen Material der Kunststoffolie miteinander verbunden, wobei sich dieses Verbindungsstück durch Nuten des Statorpakets erstreckt und somit die Isolierung in der gewünschten Position hält (DEPS 9 47 91b). Zugleich betrifft die Erfindung eine neue Herstellmcthode der Isolation.

Im Stator einer elektrischen Maschine sind Wicklungen in axiale Nuten eingelegt, die Spulen zur Erzeugung eines magnetischen Feldes bilden. An den Stirnseiten treten die Wicklungen aus den Nuten aus und bilden den sogenannten Wickelkopf. Eine Statorisulation gemäß der vorliegenden Erfindung dient d!em Zweck, elektrische Überschläge und Kurzschlüsse im Bereich der Wickelköpfe zu verhindern. Der Bereich der Wiekelköpfe ist für Überschläge und Kurzschlüsse besonders gefährdet. In diesem Bereich liegen Drähte mn großen Spannungsunterschieden dicht neben· oder aufeinander. Bei den heute allgemein angewendeten Einziehverfahren der Wicklung in die Nuten ist es erforderlich, die Wiekelköpfe mechanisch zu verformen. In radialer Ebene dürfen die Wiekelköpfe n*eht in den für den Rotor freien Innenraum hineinragen, bnd sie

ίο sollen auch außen nicht über den Durchmesser des Statorpakets hinausragen. Ferner liegt es im Interesse der Begrenzung der axialen Baulänge, daß auch die Wiekelköpfe beiderseits vom Statorpaket axial nicht zu weit überstehen. Nach dem Einziehen erfüllen die Wickel-

■ 5 k-jpfe diese Bedingungen nicht und werden deshalb in einer Formoperation »dressiert«, in der automalischen Fertigung können hierfür besondere Formmaschinen verwendet werden. Hierbei und auch beim manuellen Verformen werden die Wiekelköpfe unter Aufbringung

Jo erheblicher Kräfte eng aufeinandergepreßt. Es muß deshalb cmc zur Lackisolation auf den Drähten zusätzliche Isolation vorgesehen werden, die trotz der kompakten Verformung der Wiekelköpfe eine elektrisch und in der räumlichen Anordnung zwischen den Dräh-

-5 ten mit Spannungsdifferenz sichere Isolierung bietet.

Diese kann beispielsweise aus einer Umwicklung mit einem klebenden odt? nichtklebenden Isolierband bestehen. Es ist jedoch sehr zeitraubend und eine kostspielige Handarbeit, diese Isolierband-Isolation auf den engen Wicklungslagen aufzubringen. Um dies zu vermeiden, ist es bekannt, Kunststoff-Folien zwischen die Wickelkopfe einzulegen. In Fortentwicklung dieser Isolationsmethode ist es ferner bekanni. Folienstücke aus einer Fläche derart auszustanzen, daß zugleich je eine Isolationsfläche für die Wiekelköpfe beiderseits des Statorpakets entsteht. Zwischen diesen beiden Isolationsflächen werden beim Ausstanzen aus dem flächigen Ausgangsmak-nal eine oder mehrere Verbmdungsstege aufrechterhalten. Diese 'Stege, deren Länge der Länge der Wicklungsnuten im Stator oder der axialen Stärke des Stators entspricht, dienen der Verankerung der Isolierflächen an den Stirnseiten des Stators.Wegen der sich hieraus ergebenden geometrischen Flächenform des ausgestanzten Zuschnitts wird diese Isolation

4s auch »H Isolation« genannt.

Bei allen bekannten manuellen oder maschinellen Herstellungsverfahren zum Hinbringen der Wicklungen in den Stator werden diese H Isolationen von Hand umständlich in den Stator so eingelegt, daß die Stege von den Nuten unterhalb eines jeweiligen Wicklungs stranges aufgenommen werden Damit die Isolierflä cb"n während der Verformung der Wickelkopf niiht abreißen, müssen sie eine beträchtliche Breite haben Ks ist umständlich, diese brei'en. flächigen Stege in du engen Nuten einzuführen. Hierbei müssen die breitp'i Stege radial von innen her durch die engsten Stellen der Nut eingebracht werden. Die beiderseits des Sta tors von den Stegen gehaltenen Isolierfläihen. die mn den Stegen nach wie vor ein Stuck bilden, liegen zwi sehen den Wickelkopfen. die elektrisch voneinander zn isolieren sind.

Das Prinzip dieser Isolierung hat sich gut bewährt. Durch die sich innerhalb des Stators über die axiale Stärke des Stators erstreckenden Stege ist für eine genaue und sichere Positionierung der IsoÜerflächen gesorgt. Dennoch haften dieser Art der Isolation außer dem obenerwähnten Nachfeil weitere zum Teil erhebliche Mangel an.

Ein erster weiterer Nachteil liegt in dem hohen Materialverbrauch durch den beim Ausstanzen verursachten großen Verschnitt. Beim Ausstanzen einer Η-Isolation aus der Vorlagefläche wird ein erheblicher Verschnitt als Abfall ausgestanzt. Das bedingt einen unwirtschaftlichen Materialverbrauch. Der Anwendungsbereich der jetzt bekannten Η-Isolation ist durch den hohen Materialverbrauch sogar begrenzt. In den Fällen, in denen infi'.ge großer Pakethöhe der ausgestanzte Abfall weitaus größer ist als die Nutzfläche der Η-Isolation, wird auf deren Anwendung aus Kostengründeu verzichtet.

Mit einem Stanzwerkzeug läßt sich immer nur eine bestimmte Η-Isolation füi eine bestimmte Größe und Type einer elektrischen Maschine vorfertigen. Die Lan- '5 ge der Stege der Η-Isolation muß der Statorpaketlänge bzw. der Nutlänge und der Abstand der Stege muß den Abständen der Nuten in Umfangsrichtung entsprechen. Die dadurch bedingte Formatfesllegung ist ein weiterer Nachteil, insbesondere dann, wenn die Auflagenhöhe *o dsr zu fertigenden elektrischen Maschinen gering ist und wenn ein häufiger Typenwechsel in der I artigung dieser Maschinen erfolgt- Die erheblichen Kosten für jeweils neue Sianzwerkzeuge bei Format- und Typenwechsel sind eine beträchtlicne Belastung fur den Ko- -5 stenanteil eines an sich sehr einfachen Hilfsteils in der Herstellung elektrischer Maschinen.

Als weiterer Nachteil kommt wie bereits erwähnt hin/u, daß es schwierig ist. die bekannten ausgestanzten H-Isolationen in den Stator einzulegen. Hierfür ist eine besondere Fingerfertigkeit erforderlich. Der breitflächige Sieg ist sperrig und verbraucht in der engen, keilförmigen Nut viel Platz. Außerdem wird das Einziehen der Wicklung in die Nut erschwert. Dieser Nachteil verzögert den Fertigungsablauf erheblich.

Ks isi Aufgabe der Erfindung, eine neue H Isolation vcrfiiehar >u machen, die sich variabler hersiellen und leicht einbauen läßt.

Diese Aufgabe wird bei einer Zwischenlage aus Kunststoffe!!.; zur Spulenisolierung in den Wickelköp-[en des Stators einer elektrischen Maschine, bestehend aus /wei Isolierflächen und mindestens einem damit einstöckigen, durch eine Statornut geführten Verbindupguei¹ <"rfindungsgemäß dadurch gelost, daß das oiler 'edes Verbindungsteil aus einem monofilen Faden gle^nen Materials oesteht. der an Οκ.·π Enden mit den !»rii.rrfUrhPi verschweißt ist

In· dcfensat/ zu der bekannten Technik wird aus Jn 1 Ma- Ktfe-i Isoliermaterial zur Herstellung der Isola • i'.p -ii. n· f.vnr ein Τ>Ί jusgestanzt. während ein er so I₁, κι hr Kest als Abiall anfallt Die Matenalausnutii.'T :s· ' tlmehr optimal und kann in manchen Fällen biv / 1 ,-ip-T nihezu vollständigen Nutzbarmachung der V r!i^,'t'.i< he gehen Der Materialverbrauch stellt im C,<-t'-ns.v/ /um Stand der Technik keine Begrenzung <> der Anwendbarkeit dar Das Folienmjterial läßt sich in Bjni1f»rrr beispielsweise in zwei Bahnen schrittweise cinfT S( hweißstation zufuhren Zugleich werden aus eippr Querrichtung ein oder mehrere monohle Fäden /.!ff'uhri dip vorzugsweise aus dem gleichen Material ·■< wie das flächige Folienmaterial bestehen. Dadurch wird das Verschweißen der beiden Teile einfach, was beispielsweise mittels Ultraschall erfolgen kann. Durch Variation des Abstandes der beiden Foltenbahdbahnen und durch Variation des Abstandes der quer dazu auf- '·< gebrachten monofilen Fäden läßt sich jede beliebige Größe oder jedes beliebige Format der Isolation in einfacher Weise herstellen. Es ist nicht mehr erforderlich.

verschiedene Stanzwerkzeuge für jedes einzelne Format und für jede Größe zur Verfügung zu haben.

Selbstverständlich ist es möglich, die beiden von der.i fadenförmigen Stegmaterial auf Abstand gehaltenen FolienHächenstücke in beliebiger Weise so zu profilieren, wie es für die Anwendung in der elektrischen Maschine geboten ist.

Unmittelbar nach dem Vereinigen der unterschiedlich geformten Materialteile können die einzelnen Abschnitte, die eine Einzelisolierung ergeben, abgeschnitten, gelagert oder gleich weiterverarbeitet werden. Es ist aber auch vorteilhafterweise möglich, die vorgefertigten Isolationen nicht sogleich zu vereinzeln, sondern bandförmig auf einer Rolle aufzuwickeln, um sie dann unmittelbar vor der Weiterverarbeitung von der Rolle in einer geeigneten Vorrichtung abzuziehen und abzutrennen. Auf diese Weise ist es möglich, für die Weiterverarbeitung eine Zuführstation zu errichten, aus der die Einzelisolationen sofort lagerichtig für die Weiterverarbeitung entnommen werden können.

Die Fäden und die durch Schweißer, erzielbaren Verbindungsstellen mit dem flächigen Material übertragen zumindest die gleichen Zugkräfte wie das bekannte flächenförmige Stegmaterial, das beim Ausstanzen entsteht. Das Einlegen in die keilförmige Nut ist wesentlich einlacher als beim flächenförmigen Stegmaterial Die öffnung der keilförmigen Nut wird möglichst klein gemacht. Die Stärke des Fadens kann in jedem Fall noch kleiner gemacht werden. Das manuelle Einlegen ist deshalb ohne jede Schwierigkeit möglich. Überdies wird aber auch ein maschinelles Einlegen mit Hilfe eines bekannten Einziehwerkzeugs ermöglicht. Die Nutöffnungen bestimmen das Maß der Schlitze im Einziehwerkzeug und es ist ohne weiteres möglich, die neue Isolation mit ihren fadenförmigen Stegen zwischen diese Schlitze einzulegen, da die Fadenstärke in der Regel unter der Schlitzbreite liegen wird.

Das Fadenmaterial fügt sich in der Statornut wesentlich besser in die aus lackisoliertem Draht bestehenden Wicklungen ein, da im Querschnitt eine harmonische For-ngleichheit besteht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt F i g. 1 eine Ansicht einer neuen H-Isolatioi;,

F i g. 2 ein Anwendungsbeispiel einer einzelnen Hlsolation zwischen zwei Wickelköpfen eines Stators.

Fig 3 in schematischer perspektivischer Darstellung eine Art der Herstellung der Isolation,

F 1 g. 4 eine abgewandelte Einzelheit,

F 1 g. 5 eine Ergänzung zu dieser Abwandlung und

l· 1 g 6 in schematicher perspektivischer Darstellung eine mögliche Art und Weise der Verarbeitung de.· neuen Isolation.

iiemäiJ F 1 g. I besteht eine beispielhaft dargestellte Einzel H Isolation 10 aus einem oberen Flächensüick 12 und einem unteren Flächenstück 14. Beide Flächen stücke weisen Abrundungen und Profilierungen 16 auf, die einer platzsparenden Anpassung an die jeweilige Stator- bzw. Wick"!kopfform dienen. Die Flächenstükke 12 und 14 sind durch im vorliegenden Beispiel drei Stege 20 aus einem Faden miteinander verbunden. Dieser Faden besteht aus demselben Kur.slstoffmatenal wie die Flächenstücke 12 und 14. Die Flächenstücke 12 und 14 können auch aus einem beliebigen anderen Material bestehen, sowtii sie nur mit dem entsprechenden Kunststoffmaterial beschichiet sind. Für die Verbindung sorgen Schweißstellen 22.

In Fig.2 ist ein Statorpaket 30 dargestellt, in dem

zwei Wickelköpfe 32 und 34, beispielsweise eine Haupt- und eine Nebenwicklung, die im Betrieb einen erheblichen Spannungsunterschied aufweisen können, eingezogen sind. Beide Wickelköpfe sind durch die Isolierfläche 12 einer zwischengelegten H-Isolation voneinander getrennt. Die Stege 20 dieser Isolation erstrecken sich zusammen mit den Drähten einer Wicklung in Nuten 36 des Statorpakets 30 und werden so in ihrer Lage fixiert.

Aus der schematischen perspektivischen Darstellung von F i g. 3 ergibt sich, wie die neue Isolation materialsparend und variabel hergestellt werden kann. Von einem nicht dargestellten Vorrat wird Bandmaterial 42 und 44 schrittweise in Richtung der Pfeile B zugeführt Das Bandmaterial 42 dient zur Ausformung der Isolierfläche 12 und das Bandmaterial 44 zur Ausformung der Isolierfläche 14. In der Höhe einer Schweißstation 46

LraiiTl ci/*K Aac Kan/lf/irmicro KAatt^rial AO AA mit piriprn

in einer drunterliegenden Ebene seitlich zugeführten Fadenmaterial, von dem im vorliegenden Beispiel gleichzeitig drei Fäden 40 in Richtung der Pfeile C zugeführt werden. Die Zuführung erfolgt mit Hilfe eines Führungs- und Vorschubgeräts 48 in der Weise, daß das fadenförmige Material in Nuten 52 einer Andrückplatte 50 gerät. Diese Andrückplatte 50 läßt sich in Richtung des Pfeiles D anheben, wobei mit dieser Hubbewegung die Fäden 40 abgetrennt und von unten gegen die Schweißstation 46 angedrückt werden, so daß sie in ihrer Lage fixiert sind.

Die Schweißstation 46 kann eine Ultraschall- oder Hochfrequenzstation sein. In jedem Fall verbindet die se Schweißstation 46 in der Pause zwischen zwei Vorschubtakten das Bandmaterial 42, 44 mit dem Fadenmaterial 40, wobei die Schweißstellen 22 entstehen.

Im vorliegenden Beispiel wird der Vorschubschritt für das Bandmaterial 42, 44 so groß sein, daß immer zugleich drei Fäden 40 abgeschnitten und angeschweißt werden können. Dieser Vorschubschritt entspricht der Breite einer Einzelisolation 10. Es ist aber auch möglich, die Vorschubschritte unterschiedlich einzustellen, so daß beliebige Abstände zwischen den einzelnen Ste gen 20 ermöglicht werden, wobei beispielsweise mit Hilfe des Führungs- und Vorschubgeräls 48 nur ein Faden oder nur zwei Fäden gleichzeitig zugeführt werden, obwohl diese Führungs- und Vorschubeinheit mehrfach ist.

Hinter der Schweißstatton 46 wandert das durch Stege 20 miteinander verbundene Bandmaterial weiter bis zu einer Schneidstation 54, die im vorliegenden Beispiel aus einem Stempel 56 und einer Matrize 58 besteht. Diese Schneidstation 54 dient vornehmlich der Ausbildung einer Profilierung, die im einfachsten Fall aus dem Ausstanzen eines Abschnitts 60 besteht, der im vorliegenden Fall den einzigen Materialabfall darstellt. Zusätzlich kann die Station 54 mit einem Trennmesser versehen werden, um zugleich mit der Profilierung eine Einzelisolierung 10 mit einer Bewegung des Stempels 56 in Richtung des Pfeiles F abzutrennen, so wie es in F i g. 3 schematisch dargestellt ist.

Wenn es erforderlich ist, H-Isolationen 10 für eine abweichende Pakethöhe eines Stators herzustellen, so ist es in einfacher Weise möglich, den Abstand zwischen dem bandförmigen Material 42 zum bandförmigen Material 44 zu verändern. Diese Möglichkeit ist in F i g. 3 in schwachen Linien eingezeichnet, wobei die Bahn 42 in diesem Fall die Position der Bahn 42Λ einnehmen würde. In entsprechender Weise sind alle anderen Bezugszahlen, die sich auf diese Verstellmöglichkeit beziehen, mit einem »A« versehen. Die Schweißstation 46 kann als Austauschte)! ausgebildet werden, so daß sie sich über die geänderte Breite vollständig erstreckt. Es genügt aber auch, die einzelnen Positionen der Schweißsonden innerhalb der Schweißstation 46 entsprechend einstellbar zu gestalten. Die Andrückplatte 50 würde in diesem Fall durch eine entsprechend verlängerte Andrückplatte 50 zu ersetzen sein, wenn es nicht vorgezogen wird, die Andrückplatte 50 bereits für

ίο eine maximale Breite auszulegen, in diesem Falle wäre es lediglich erforderlich, die Vorschublänge innerhalb des l-ührungs- und Vorschubgeräts 48 für die geänderte Einstellung umzustellen.

Ebenso einfach ist es. die Station 54 für die geänderte

'5 Breite anzupassen.

Ks ist mithin in einfacher Weise möglich, sowohl den Abstand der Isolierflächen 12 und 14 als auch den Ab «tnnrl Anr Cuna 20 untereinander ?U ^ν3ΓΗ0ΓΡπ. nhnr daß dadurch erhebliche Werk/cupkosten entstehen Der Matcrialverschnitt bleibt durch diese Verstellung unverändert äußerst gering.

In F i g. 4 ist perspektivisch schematisch eine abgewandelte Ausführungsform der Station 54 dargestellt. Diese Abwandlung dient dazu, eine I !-Isolation ge-

-5 brauchsfertig vorzubereiten, ohne daß die Isolation bereits in F.in7elisolationen 10 aufgelöst wird. Für diesen Zweck 6 ·.'. an dem Stempel 56 das Trennmesser weggelassen. Lediglich die Abschnitte 60 werden ausgestanzt und im übrigen wird die vorgefertigte Isolation auf eine Vorratsrolle 64 übernommen, die sich in Richtung der Pfeile G zur Aufnahme des Materials dreht.

In F i g. 5 ist in Ergänzung hierzu eine Entnahmevorrichtung vorgesehen, die unmittelbar an dem Einsatzort benut/l werden kann. Die Rolle 64 mit den aufgewik kelten, vorgefertigten Η-Isolationen wird in diese Vor richtung übernommen, und die Isolation kann aus dieser Vorrichtung entnommen werden, wobei sich die Rolle 64 in Richtung der Pfeile H drehen läßt. Ein Trennmesser 66 schneidet dann die lagerichtig und gcbrauchsfertig entnehmbare Einzelisolation 10 gegenüber einer Schneidkante 68 ab. wobei das Auslösen der Bewegung in Richtung des Pfeiles /von einem Zeittaktgeber, einer Fußsteuerung oder einer eingezeichneten Lichtschranke L aus eingeleitet werden kann.

An Hand von F i g. 6 läßt sich schließlich eine vorteilhafte Verwendbarkeit der neuen Η-Isolation erläutern. Außer dem sehr einfachen manuellen direkten Einlegen in die Nuten des Stators kann auch eine Übertragung auf den Stator vorteilhafterweise mit Hilfe eines bekannten Einziehwerkzeuges 70 erfolgen. Mit ΗίΙΓν' dieses Werkzeugs werden die einzelnen Polwicklungen, die außerhalb des Statorpakets hergestellt worden sind, in die jeweiligen Nuten des Stators mechanisch eingezogen. Zwei dieser Wicklungen, nämlich die Wicklun-

•55 gen 32 und 132, sind beispielhaft eingezeichnet. Zwischen Einzelstäbe 72, und zwar zwischen diejenigen Einzelstäbe 72, die den Nuten 36 im Stator 30 (F i g. 2) entsprechen, welche der Verankerung der H-Isolation 10 dienen sollen, werden die Stege 20 eingelegt und die

f>o H-Isolation 10 wird dann, wie dargestellt, vor die Wicklung 32, gegen die zu isolieren ist, vorgelegt, so daß im eingezeichneten Beispiel die isolierfiäche 12 außerhalb des Einziehwerkzeugs vor der Wicklung 32 und die Isolierfläche 14 innerhalb des Einziehwerkzeugs 70 zu lief'S gen kommu in der eingezeichneten Art und Weise iäßi sich die erforderliche Anzahl von Η-Isolationen vor die Wicklungen im Einziehwerkzeug vorlegen, so daß sie mit den Wicklungen zusammen in den Stator der elek-

frischen Maschine eingezogen werden können. Der Einziehvorgang wird hierbei nicht behindert, da das fadenförmige Material der Stege 20 sich an die Einzeldrähte der jeweiligen Wicklung eng anschmiegt und keinen Widerstand bietet.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

O 1J! OQ AXR Patentansprüche:

1. Zwischenlage aus Kunststoffolie zur Spulenisolierung in den Wickelköpfen des Stators einer elektrischen Maschine, bestehend aus zwei Isolierflä chen und mindestens einem damit fest verbundenen, durch eine Statornut geführten Verbindungsteil aus gleichem Material, dadurch gekennzeichnet, daß das oder jedes Verbindungsteil (20) nus einem monofilen Faden besteht, der an den Enden mit den Isolierflächen (12,14) verschv/eißt ist.

2. Verfahren zum Herstellen der Isolation gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Folienbandmaterial in zwei Bahnen aus einer Richtung und zumindest ein monofiler Faden im rechten Winkel und in einer unterschiedlichen Ebene zur Folienbandzuführungsrichtung schrittweise zu einer Schweißstation zugeführt werden und daß in einer Schrittpause Jer Folienband- und Fadenzuführung der uder die rnonofilen Fäden auf eine Lange, die etwas länger als der innere Absfand der beiden Fo lienbahnen ist, geschnitten, an die Folienbandhahnen angepreßt und mit diesen verschweißt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Folienbandbahnen anschließend in einer Profilierstation profiliert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2. dadurch gekenn zeichnet, daß das Folienbandmaterial bereits vor der Trennung in zwei Bahnen in einer Profiliert lion profiliert vsrd.

5. Vorrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens nach Anspruch 2. 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der zwei Folifnbandbahnen (42. 44) und der zugehörigen SchweiJstationen (46) sowie der Profilierstation (54) einstellbar ist.

b. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2. 3 oder 4 oder Vorrichtung n.ich Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Zuführung mehrerer monofiler Fäden (40) der Ab stand der Fäden in der Fadenzuführungsvorrich tung (48) einstellbar ist.