DE2448847A1

DE2448847A1 - Verfahren zum einkapseln zufaellig gewickelter statorspulen fuer dynamoelektrische maschine

Info

Publication number: DE2448847A1
Application number: DE19742448847
Authority: DE
Inventors: Marvin William Sheets
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1973-10-16
Filing date: 1974-10-14
Publication date: 1975-04-17
Also published as: IT1022866B; JPS5077802A; ES431088A1; US3838502A; BR7408531D0

Description

Verfahren zum Einkapseln zufällig gewickelter Statorspulen für dynamoelektrische Maschine

Es ist bekannt, eine stabile Spulenisolation für zufällig gewickelte Spulen zu schaffen, nachdem diese in die die Spulen aufnehmenden Nuten eines Kerns einer dynamoelektrischen Maschine eingesetzt sind. Ein Hauptvorteil eines derartigen Fertigungsverfahrens besteht darin, daß relativ billig herzustellende und leicht zu handhabende zufällig gewickelte Spulen bei der Herstellung derartiger Maschinen verwendet werden können, während gleichzeitig eine stabile Spulenbefestigungsanordnung analog derjenigen erzielt wird, die normalerweise bei steiferen, formgewickelten Spulen auftritt. Ein Beispiel für ein wünschenswertes Kapselverfahren zum formhaltenden.Isolieren einer zu-

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fällig gewickelten Spule in einem Motorstator ist in der US-PS 3 436 815 beschrieben. Bei dem bekannten Fertigungsverfahren dieser Art sind die Seiten der Spulen während ihrer Montage in die Statornuten genügend flexibel, damit die Magnetdraht stränge der Spulen während und nach dem Einsetzen in die Nuten gebildet werden können. Bei diesem bekannten Verfahren hat sich jedoch herausgestellt, daß eine gewisse Gefahr für eine Beschädigung der Magnetdrahtisolierung besteht, wenn die relativ flexiblen Spulen in die scharfkantigen Statornuten eingesetzt werden. Deshalb ist es wünschenswert, bessere Mittel zu schaffen, die einerseits die Vorteile des bekannten Umhüllungsverfahrens für zufällig gewickelte Spulen beibehalten, aber gleichzeitig die Gefahr einer Beschädigung der Spulen während ihrer Montage vermeiden.

Es sind bereits viele verschiedene Techniken entwickelt worden, um die Wicklungsisolation von Spulen dynamoelektrischer Maschinen vor einer Beschädigung während entweder ihrer Montage oder des anschließenden normalen Betriebes der Maschine zu schützen. Ein übliches Verfahren, was insbesondere für formgewickelte Spulen gilt, besteht darin, Nutröhren, die aus geeigneter Isolierpappe oder getränktem Papiermaterial bestehen, in den Statornuten der Maschine anzuordnen, bevor die Seiten der Spulenwicklungen in die Nuten eingesetzt werden. Ein anderes bekanntes Verfahren besteht darin, die einzelnen Maschinenspulen in einem festen Isoliermaterial einzuschließen, das die einzelnen Magnetdrahtstränge haltert und diese auch vor einer Beschädigung durch mechanische Einflüsse während des Einbaues der Spulen in einen Stator schützt. Ein Beispiel für eine derartige festgekapselte Spulenwicklung ist in der US-PS 2 856 5^7 beschrieben. Derartige Umhüllungsverfahren sind zwar für große, formgewickelte Statorspulen geeignet, sie büßen aber notwendigerweise die wünschenswerte Flexibilität ein, die von zufällig gewickelten Spulen geliefert wird. Demzufolge sind in denjenigen Fällen, in denen zufällig gewickelte Spulen in relativ kleinen

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dynamoelektrischen Maschinen verwendet werden, um das Einsetzen der flexiblen Windungen in die manchmal ziemlich engen Eingangsöffnungen der Statornuten zu erleichtern, derartige unbiegsame Kapselungen nicht zulässig.

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Stators für eine dynamoelektrische Maschine zu schaffen, in.dem die durch Verwendung zufällig gewickelter Statorspulen erzielbaren Vorteile beibehalten Werden, während gleichzeitig Mittel vorgesehen sind, um die Seiten der zufällig gewickelten 3ρμ1βη formst abLledzu machen und um sie leichter zu handhaben und um sie besser zu schützen vor Beschädigungen durch mechanische Einflüsse während des Einsetzens der Spulen in die Statornuten.

Diese Aufgabe wird gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel durch ein Verfahren zum Herstellen eines Kernteiles einer dynamoelektrischen Maschine gelöst, bei dem die gegenüberliegenden Seiten einzelner zufällig gewickelter Spulen in dicht schließenden isolierenden Nutröhren angebracht werden, bevor die Spulen in die Kernnuten der Maschine eingebracht werden. Vorzugsweise werden die Nutröhren in ihrer geschlossenen Position durch ein stoßgewickeltes Band gehalten, das sich über die Länge der Nutröhren erstreckt, und ein überlappt gewickeltes poröses Band ist um Jedes Ende der Röhren und die Endabschnitte der zufällig gewickelten Spulen herum angeordnet. Anschließend werden die Spulen in den Nuten eines Kernes einer dynamoelektrischen Maschine angeordnet und mit einem geeignet gefüllten wärmeaushärtbaren Harz eingekapselt, das dann ausgehärtet wird, um einen stabilen Isolationskörper um die Stränge des Magnetdrahtes herum zu bilden, die die Jeweiligen Spulen bilden.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

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Figur 1 ist eine teilweise im Schnitt dargestellte Draufsicht auf eine Spule einer, dynamoelektrischen Maschine, die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.

Figur 2 ist eine Stirnansicht von einer Seite von zwei zufällig gewickelten Spulen, wie beispielsweise die in Figur 1 gezeigte Spule, und zeigt weiterhin einen Teil eines Kernes einer dynamoelektrischen Maschine mit einer Kernnut und einem Nutkeil, die die Seiten der dargestellten Spulen während des normalen Betriebes der Maschine aufnehmen und einschließen.

Figur 3 ist eine Draufsicht auf ein abgewickeltes Nutrohr, wie es zur Bildung der erfindungsgemäßen Spule gemäß Figur 1 verwendet wird.

Figur 4 ist ein Fließbild des Verfahrens und zeigt gewisse Hauptschritte im Verfahren des bevorzugten Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung.

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Figuren 1 und 2 beschrieben, die eine zufällig gewickelte Spule darstellen, die durch das Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt ist. Als Ausgangspunkt sei bemerkt, daß im folgenden zwar nur eine Spule beschrieben wird, daß aber normalerweise eine Vielzahl derartiger Spulen verwendet wird, um eine übliche verbundene Wicklung für eine dynamoelektrische Maschine bekannter Art zu bilden. Weiterhin ist es nicht erforderlich, den gesamten Magnetkern einer dynamoelektrischen Maschine zu beschreiben, wie beispielsweise einen üblichen genuteten Stator. Deshalb ist in Figur 2 nur ein Teil einer derartigen Maschine dargestellt, in dem eine Nut ausgebildet 1st. Selbstverständlich sind bei einem elektrischen Motor eine Vielzahl derartiger Nuten vorhanden, die normalerweise in gleichen Abständen um den Umfang eines Motorstators herum angeordnet sind.

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•Für die Durchführung des beschriebenen Ausführungsbeispieles der Erfindung muß zunächst ein üblicher Statorkern einer dynamoelektrischen Maschine gebildet werden. Der Statorkern hat üblicherweise eine einen Rotor aufnehmende Bohrung und eine Vielzahl axial verlaufender offener Nuten in dem Kern, die auf dem Umfang um die Bohrung herum im Abstand angeordnet sind. Ein Teil eines derartigen Statorkerns 1 ist in Figur 2 gezeigt, in der auch zwei der axial verlaufenden Nutröhren 7 in dem Kern gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt sind..

Als nächstes werden' zahlreiche zufällig gewickelte Spulen aus isoliertem Magnetdraht durch irgendwelche bekannten Wicklungseinrichtungen gebildet . Eine derartige Spule 3 ist in Figur 1 dargestellt. Demzufolge weist die Spule 3 ein Paar Verbindungsleiter 4 und 5 auf, die die entgegengesetzten Enden der Spule bilden. In diesem Ausführungsbeispiel hat der für die Spule 3 verwendete Magnetdraht einen kreisförmigen Querschnitt, aber es können auch andere Drahtformen verwendet werden, wie sich noch aus der folgenden Beschreibung ergeben wird. Außer den freiliegenden Enden 4a und 5a der Leiter 4 und 5 ist die gesamte Länge der Spule 3 mit einem geeigneten Isolierüberzug 6 überdeckt, wie beispielsweise einem üblichen elektrischen Isolierlack. Gemäß der Erfindung sind zahlreiche langgestreckte, im wesentlichen gerade Seiten aufweisende Nutröhren, die aus einem geeigneten bekannten Isoliermaterial gebildet sind, vorgesehen, um die

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gegenüberliegende Seite der Spule 3 aufzunehmen. Jedes Nutrohr ist mit überlappenden Längskanten versehen, wenn die Röhren in ihrer fertigen Position um die Seiten der Spule 3 herum angebracht sind, wie es im folgenden noch näher beschrieben wird. Die überlappenden Ränder bzw. Kanten der Nutröhren sind trennbar, damit eine Seite der Spule 3 in den Röhren aufgenommen werden kann. Ein derartiges Nutrohr 7 ist an der unteren Seite der/Spule in Figur 1 gezeigt, und ein zweites, im wesentlichen identisches Nutrohr 8 ist auf der gegenüberliegenden Seite der Spule angebracht.

In Pigur 3 ist eine abgewickelte oder abgerollte Nutröhre 7' dargestellt, die in einer ähnlichen Weise aufgebaut ist wie diejenigen, die zur Herstellung der Nutröhren 7, 8 etc. verwendet sind. Wie vorstehend bereits ausgeführt wurde, können die zur Bildung der Nutröhre 7' verwendeten Isoliermaterialien irgendein bekanntes hitzebeständiges Material sein, wie z. B. die unter den Handelsnamen Nomex, Nomex-Polyimid, Pilm-Nomex, Nomex-Mylar-Nomex erhältlichen Materialien oder Dacronmatte-Mylar-Dacronmatte oder Glinunerlaminat. Es wird eine Fläche geeigneter Größe aus diesem Material entsprechend der Länge von einer Seite der Nuten des Stators 1 auf Maß geschnitten und eingeschnitten, wie es durch die gestrichelten Linien 9, 10, 11,und 12 gezeigt ist, um die Nutröhren in zwei im allgemeinen geradlinige Seiten aufweisende Wände 13 und 14 und eine im allgemeinen flache Bodenwand 15 mit zwei überlappenden Randteilen 16 und 17 zu unterteilen. Dieser Aufbau ist am besten in Figur dargestellt, die das eine Ende der Seite der Spule 3 zeigt, das von der Nutröhre 7 umgeben ist. Wie hieraus hervorgeht, stimmen die im allgemeinen ebenen Wände 13 und 14 und die flache Bodenwand 15 gut Uberein mit den im wesentlichen geraden Seiten der Statornut 2, wobei die Bodenwand 15 der Nutröhre 7 auf dem Boden der Nut 2 ruht. Es sei darauf hingewiesen, daß die überlappenden Endabschnitte 16 und 17 der Nutröhre 7 an den überlappenden Rändern einer benachbarten Spule anstoßen, dl« eben-

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falls in der Nut 2 angebracht ist, wodurch eine Extradicke der Isolation zwischen den Spulen gebildet ist. Schließlich werden die Spulen in üblicher Weise in der Nut 2 befestigt durch eine übliche Form eines isolierenden Nutkeiles l8, der in vorgeformt e Rillen bzw. Kerben 19 und 20 in den oberen Seitenwänden der Nut 2 eingesetzt wird. Es können Jedoch auch in bekannter Weise andere geeignete Mittel verwendet werden,, um die Spulen in der Nut zu halten.

Nachdem nun also eine Vielzahl geeigneter Nutröhren gebildet worden ist, werden zwei Nutröhren auf entsprechende Weise um beabstandete Seitenabschnitte von jeder der Spulen herum angeordnet, wie beispielsweise um die Spule 3 herum. Dann wird ein geeignetes poröses Isolierband, wie es beispielsweise bereits in der eingangs genannten US-PS 3 4 36 815 beschrieben ist, oder ein kommerziell verfügbares poröses Isolierband aus Dacron, vollständig um die Endabschnitte 3a und 3b und die Leiterabschnitte k und 5" von Jeder der Spulen 3 herumgewickelt. In dem bevorzugten AusfUhrungsbeispiel der Erfindung 1st das um die Endabschnitte 3a und 3b und die Leiterabschnitte Ί und 5 der Spulen herumgewickelte Band überlappt gewickelt, um eine kontinuierliche überdeckung der Spulenendabschnitte sicherzustellen. Die entgegengesetzten Enden der Nutröhren 7 und 8 werden in der Weise befestigt, daß ihre überlappenden Randabschnitte 16 und fest geschlossen um die Seitenabschnitte 3c und 3d der Spule 3 herum gehalten sind, um sie in einer im wesentlichen geradlinigen Konfiguration in den Nutröhren zu halten. Die entsprechenden entgegengesetzten Enden der Bänder 21 und 21' können durch irgendwelche geeigneten Mittel in ihrer Lage befestigt werden, beispielsweise indem ein übliches Klebemittel auf deren Enden aufgebracht wird.

Gemäß' einem bevorzugten AusfUhrungsbeispiel der Erfindung können die somit gebildeten im wesentlichen geradseitigen, zufällig gewickelten Spulen dann in entsprechenden Nuten des Stators 1 angeordnet und verbunden werden, um geeignete elektrische Ver-

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blndungen zur Bildung einer Motorwicklung herzustellen. Nach diesem Schritt wird der bewickelte Statorkern in Vakuum imprägniert mit einem viskosen wärmehärtbaren Harz, in dem ein Füllstoff enthalten ist, wie es in der eingangs erwähnten US-PS 3 k% 815 beschrieben ist. Schließlich wird der Statorkern erhitzt, um das Harz auszuhärten und gleichzeitig das Harz auf der Innenseite der einzelnen Spulenendabschnitte und in den Nutröhren 7 und 8 festzuhalten, während im wesentlichen der gesamte Rest des Harzes von dem bewickelten Statorkern abfließt.

Auch wenn das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung bei gewissen Applikationen für eine geeignet isolierte Statorwicklung sorgt, so wurde gefunden, daß die Seitenabschnitte 3c und 3d der Spule vorzugsweise mit einem porösen Band umwickelt werden, um die mit einem Füllstoff versehenen Harze besser zu halten, wie es ebenfalls in der eingangs genannten US-FS 3 436 815 beschrieben ist..

Obwohl es somit bei einigen Applikationen der Erfindung lediglich notwendig ist, geeignete Mittel zu schaffen, um die überlappenden Enden der Nutröhren 7 und 8 in ihrer überlappenden Relation festzuhalten, um die einzelnen Magnetdrähte der Spulen 3 dicht zu umschließen, damit die im wesentlichen parallele, geradseitlge Spulenkonfiguration gebildet wird, die mit dem Verfahren gemäß der Erfindung erhältlich ist, besteht eine noch vorteilhaftere Applikation der Erfindung darin, die Nutröhren mit porösem Band zu umwickeln. Wenn alternativ ein selbsthärtender Klebstoff zwischen den sich überlappenden Rändern von Jeder der Nutröhren 7 und 8 an deren Mittelteilen angebracht wird, um diese aneinander zu befestigen in Verbindung mit dem Befestigungseffekt der verlängerten Enden des Bandes 21 und 21' auf den gegenüberliegenden Enden der Röhren 7 und 8, so wird eine Spule mit steifen Seiten erhalten, die für viele Applikationen vorteilhaft ist. Die in Figur 1 gezeigte Spulenkonfiguration wurde jedoch als besonders geeignet befunden für eine leichte Hand-

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habung während des Einbringens der dabei entstehenden Spulen in einen Stator, wie beispielsweise in die Nut 2 des Stators 1. Wenn eine Umwick—lung gewählt wird, brauchen die stoßgewickelten Bänder 22 und 22· nicht unabhängig in ihrer Lage auf den Nutröhren 7 und 8 befestigt zu werden, es kann jedoch bei gewissen Applikationen der Erfindung wünschenswert sein, ein Klebemittel auf diesen Bändern vorzusehen, damit sie unabhängig wirksam sind, um die Röhren in ihrer fest geschlossenen Position um die Spulenseitenteile 3c und 3d herum zu halten, während die Endabschnitte 3a und 3b der Spule in der oben beschriebenen Weise mit Bändern 21 und 21' umwickelt werden.

Nachdem die Nutröhreη 7 und 8 in der vorstehend beschriebenen bevorzugten Weise gewickelt sind, werden die einzelnen Spulen selbstverständlich in den Kernnuten angebracht und durch die Schritte umhüllt bzw. eingekapselt, die eingangs in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben wurden.

Aus der vorstehenden Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele der Erfindung wird deutlich, daß sich gewisse charakteristische Schritte in dem beschriebenen Verfahren gemäß der Erfindung besonders auszeichnen. Diese charakteristischen Schritte sind in dem Fließbild gemäß Figur 4 aufgeführt. Selbstverständlich ist es für die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfin* dung zunächst erforderlich, einen geeigneten Kernteil einer dynamoelektrischen Maschine und zufällig gewickelte Spulen auszubilden, wie es eingangs beschrieben wurde, und erst dann können die in Figur 4 erläuterten Schritte in der Reihenfolge ausgeführt werden, die für die Durchführung der Erfindung dargestellt sind.

Um ein viskoses wärmehärtbares Harz ohne Füllstoff zu verwenden, kann das poröse Isolierband aus Dacron mit einer Lösung behandelt werden, die als ein Katalysator für das viskose wärmehärtbare

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Harz wirkt. Nachdem die Spulen mit der Lösung behandelt sind, werden das behandelte Band und die Spulen in die Nut eingesetzt und der bewickelte Statorkern wird mit einem viskosen wärmehärtbaren Harz ohne Füllstoff in Vakuum imprägniert. Schließlich wird der Statorkern erhitzt, um das Harz auszuhärten und gleichzeitig das Harz an der Innenseite der einzelnen Spulenendabschnltte und in den Nutröhren 7 und 8 festzuhalten, während praktisch der gesamte Rest des Harzes aus dem gewickelten Stator abläuft.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung eines Stators für eine dynamoelektrische Maschine, wobei ein Statorkern mit einer Rotorbohrung und zahlreichen axial verlaufenden offenen Nuten in dem Kern, die in Umfangsrichtung um die Bohrung herum beabstandet sind, und zahlreiche zufällig gewickelte Spulen gebildet werden, die aus isoliertem Magnetdraht bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß zahlreiche, langgestreckte und im wesentlichen geradseitige Nutröhren (7, 8) aus Isoliermaterial gebildet werden, die jeweils mit sich überlappenden Längsrändern (16, 17) versehen werden, die zur Aufnahme von einer Seite (3c,3d) einer jeden Spule (3) in jeder Röhre trennbar sind,

zwei der Nutröhren (7, 8) auf entsprechende Weise um beabstandete Seitenabschnitte (3c, 3d) von Jeder der Spulen herum angeordnet werden,

poröses Isolierband (21, 21') vollständig um die Endabschnitte (3a, 3b.) der Spulen herumgewickelt wird, die auf entsprechende Weise zwischen den Seitenabschnitten (3c, 3d) angeordnet sind,

die überlappenden Ränder (16, 17) von jeder Spulenröhre (7, 8) um die Spulenseitenabschnitte (3c, 3d) herum in einer Lage befestigt werden, die die Nutröhren fest um die Seitenabschnitte herum geschlossen hält, so daß sie in einer im wesentlichen geraden Konfiguration innerhalb der Nutröhren gehalten sind,

die Spulen in entsprechenden Nuten (2) angeordnet und geeignete Verbindungen zur Ausbildung einer Motorwicklung hergestellt werden, « ^; der bewickelte Statorkern (1) mit einem viskosen wärmehärtbaren Harz in Vakuum getränkt wird und der bewickelte Statorkern erhitzt wird, um das Harz auszuhärten und gleichzeitig das Harz an der Innenseite der einzelnen

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Spulen mittels des Bandes festzuhalten, während gleichzeitig praktisch der gesamte Re.st des Harzes aus dem bewickelten Statorkern abfließt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die zwei Nutröhren (7, 8) auf Jeder Spule (3) derart angeordnet werden, daß die geraden Seiten (3c, 3d) der entsprechenden Nutröhren auf jeder Spule im wesentlichen parallel zueinander verlaufen, bevor die Längsränder (16, 17) der Röhren in ihrer überlappenden Position befestigt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die entsprechenden Enden der Isolierbänder umwickelt werden, die um die Endabschnitte der Spulen um die Enden der Nutröhren herumgewickelt sind, so daß die Enden der Nutröhren in ihrer überlappenden Relation sicher befestigt werden.
¹I. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß ein selbsthärtender Klebstoff zwischen den überlappenden Rändern (16, 17) von jeder der Nutröhren (7, 8) an deren Mittelteilen angebracht wird, um diese aneinander zu befestigen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Klebstoff ein in Luft aushärtbarer Epoxidklebstoff ist.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Mittelteil der sich überlappenden Ränder der Nutröhren wenigstens ein Drittel der Länge der Nutröhre bildet.
7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß ein poröses Isolierband um jede Nut-

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röhre herumgewickelt wird, die auf den Spulenseitenabschnitten angebracht sind, so daß die sich überlappenden Ränder der Nutröhren fest geschlossen um die Spulenseitenabschnitte herum befestigt sind.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß ein Klebemittel auf dem um die iMutröhren . herumgewickelten Isolierband aufgebracht wird, um das Band für eine Halterung der Röhren in deren fest geschlossener Position wirksam zu machen.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierband in einem Stoßwicklungsmuster um jede der Nutröhren herumgewickelt wird und das Isolierband um die Endabschnitte der Spulen in einer überlappenden Weise herumgewickelt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß das stoßgewickelte Band auf den Nutröhren aufgebracht wird, bevor das überlappt gewickelte Band auf den Endspulen über die Enden der Nutröhren verlängert wird, um die Überlappung herbeizuführen und die Enden des stoßgewickelten Bandes zu befestigen.
11. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß jede Nutröhre mit im allgemeinen flachen Seitenwänden (13, Ik) versehen wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß jede Nutröhre mit einer im wesentlichen flachen Bodenwand (15) versehen wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Spulen in den Statornuten in der Weise angeordnet werden, daß die im allgemeinen flache Bodenwand von wenigstens einer der entsprechenden Nutröhren benachbart ist.

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14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Harz ein Füllmaterial enthält Und die Poren des Bandes gleichzeitig mit der Vakuum-Trän-■ kung des Statorkerns mit dem Füllmaterial gefüllt werden.

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