WO2009004003A2 - Vergussverfahren sowie vergussvorrichtung für eine innerhalb eines rotorkörpers vorhandene erregerschaltung - Google Patents

Vergussverfahren sowie vergussvorrichtung für eine innerhalb eines rotorkörpers vorhandene erregerschaltung Download PDF

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WO2009004003A2
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casting
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Ralf Cordes
Walter Fischer
Jürgen Huber
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Siemens Aktiengesellschaft
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Publication of WO2009004003A3 publication Critical patent/WO2009004003A3/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/12—Impregnating, heating or drying of windings, stators, rotors or machines
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/04—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for rectification
    • H02K11/042—Rectifiers associated with rotating parts, e.g. rotor cores or rotary shafts

Definitions

  • the invention relates to a potting method and potting device for an existing within a rotor body exciter circuit.
  • Superconducting machines have exciting windings made of a superconductive material.
  • superconducting machines can have excitation windings which are manufactured from high-temperature superconducting material.
  • An excitation circuit for energizing the windings of an electrical machine is typically placed inside the rotor of the electrical machine.
  • Such an excitation circuit has inter alia an AC transformer and a rectifier.
  • Such an excitation circuit is apparent, for example, from DE 10 2005 047 541 A1.
  • An exciter circuit arranged inside the rotor of an electric machine is in operation of the electrical
  • An excitation circuit has partly complex switching circles, which may in particular have power electronic components such as IGBTs, MOSFETs, thyristors, power diodes, etc.
  • power electronic components such as IGBTs, MOSFETs, thyristors, power diodes, etc.
  • Such power electronic components cause significant amounts of heat loss during operation, which must be dissipated from the field of the excitation circuit.
  • the object of the present invention is to provide a potting method and a potting device for a field circuit arranged within a rotor body.
  • the casting method according to the invention and the casting device according to the invention should be improved with respect to the existing technical problems in the prior art.
  • a potting method for an exciter circuit is to be specified, which allows a mechanically stable encapsulation of the exciter circuit within the rotor body, at the same time ensuring good thermal coupling of the exciter circuit to the rotor body.
  • a casting device for such a method should be specified.
  • an encapsulation method is specified for a field circuit arranged inside a potting area inside a rotor body.
  • the potting region is delimited at the radially outer edge by the inside of a jacket of the rotor body or components thermally coupled directly to the jacket of the rotor body.
  • the casting area is bounded on both sides in the axial direction by a cover plate oriented substantially perpendicular to an axis of the rotor body and a base plate.
  • the exciter circuit comprises at least one circuit board with electrical components present on the board and contacts arranged at the edge of the board.
  • the casting method according to the invention has at least the following steps: Locking the exciter circuit in the Verguss Scheme, so that the contacts are arranged in a tolerance range around a cylinder jacket surface, wherein the cylinder jacket surface is oriented coaxially with the rotor body.
  • the aforementioned measures allow a simple and cavity-free potting of a field circuit inside a rotor body. In this way, advantageously, a good mechanical support of the exciter circuit can be achieved within the rotor body. Furthermore, with the aforementioned measures according to the invention, a good thermal coupling of the exciter circuit to the potting compound can be achieved. In particular, the electrical components of the exciter circuit can be coupled to the potting compound. By arranging the potting area in the edge region of the rotor, it is furthermore advantageously possible to achieve good thermal coupling of the potting compound and thus of the electrical components of the excitation circuit to the rotor shell.
  • the casting method according to claim 1 in particular with the features of one or more subordinate Sayings are combined. Accordingly, the casting method may still have the following features:
  • a displacement body Before the potting space is poured, a displacement body can be introduced into the potting space. By introducing a displacement body in the Vergussraum potting compound can be saved. By means of a displacement body, the potting volume can be further reduced. A reduced potting volume and thus a reduced potting compound leads to a reduction of in the
  • the different materials used in a field circuit typically have different material characteristic values, for example coefficients of expansion.
  • An adaptation of the expansion coefficient of the potting compound to all existing in the excitation circuit materials and their expansion coefficient is almost impossible. Since the extent behaves proportional to the mass of the material in question, it is advantageous to save potting compound by means of a displacement body and thus to minimize the forces acting on the components of the excitation circuit by the potting compound due to thermal expansion.
  • the displacement body can be adapted to a shape of the board and a shape of the existing electrical components on the board prior to introduction into the Vergussraum. By adapting the shape of the displacement body to the shape of the board and the components present on the board, further potting compound can be saved, which leads to further cost advantages.
  • the potting space can be heated to cure the potting compound.
  • Thermal hardening of the potting compound offers the procedural advantage of rapid process control and is therefore suitable for potting circuit gene in a rotor particularly advantageous.
  • the potting step may be carried out by a process of the following group: - atmosphere casting,
  • the aforementioned methods are particularly advantageous for potting exciter circuits in rotors.
  • the encapsulation of the excitation circuit within the casting area inside a rotor body can be carried out with a hybrid system consisting of a potting compound and an adhesive.
  • the casting with a reaction resin system based on one or more materials can be selected from the following group:
  • the encapsulation of a field circuit with a reaction resin system of potting compound and adhesive, in particular on the basis of an aforementioned material is particularly advantageous since mechanical stresses can be absorbed in such a system. Mechanical stresses can be the result of thermal cycling, as they can occur in rotors. A casting with a reaction resin system also has a high mechanical strength. Centripetal accelerations occurring in a rotor and the resulting forces can also be absorbed by a corresponding system.
  • the potting compound can be mixed with at least one material of the following material group.
  • the material group includes fillers, fibers, fabrics, hollow glass spheres, flakes and scrims.
  • a potting device for a within a Verguss Kunststoffes inside a rotor body arranged exciter circuit is specified.
  • the potting region is delimited at the radially outer edge by the inside of a jacket of the rotor body or components that are directly thermally connected to the shell of the rotor body.
  • the casting area in the axial direction is bounded on both sides by a cover plate oriented substantially perpendicular to the axis of the rotor body and a base plate.
  • the excitation circuit comprises at least one circuit board with electrical components present on the circuit board. Contacts with which the exciter circuit can be contacted are on
  • the casting device further comprises:
  • the cylindrical surface is oriented coaxially with the rotor body.
  • the casting device furthermore has a toroidal elastic ring, which is pressed against those contact surfaces of the contacts whose surface normal is oriented substantially in the direction of the axis. Furthermore, the toroidal elastic ring is used least pressed against the bottom plate for liquid-tight completion of Vergussraumes. The toroidal elastic ring is further pressed in such a way that all contact surfaces lying in the tolerance range are at least partially in contact with the toroidal elastic ring.
  • the potting device according to the invention can be combined with the features of a subclaim, in particular with the features of several subclaims. Accordingly, the potting device may still have the following features:
  • the holder for the electrical components of the field circuit may extend in the circumferential direction of the rotor body on the inside. On its radially inner side, the holder can have recesses or flattenings for positive reception of the electrical components. On its radially outer side, the holder can be adapted to the shape of the inner wall of the rotor body.
  • the electronic components of a field circuit can be kept mechanically stable inside the rotor body.
  • the electronic components can be power semiconductors.
  • a mechanically stable holder is particularly advantageous for the power semiconductors of a field circuit.
  • the electrical components can have heat transfer surfaces and the heat transfer surfaces can be a large area in thermal contact with the recesses or flattenings.
  • the recesses or flattenings may be oriented such that their surface normals point substantially in the radial direction.
  • a holder for the electrical components of a field circuit, which flat in contact with the heat transfer surfaces of the electrical components, said heat transfer surfaces continue to have with their surface normal substantially in a radial direction, on the one hand ensures a good thermal coupling of the electrical components to the Hal- sion and on the other a good mechanical support, in particular with respect the inclusion of centrifugal forces for the electrical components.
  • the electrical components can be bolted to the bracket.
  • the electrical components may be connected by brackets to the holder.
  • a mounting of the electrical components to the bracket by means of a screw or by brackets allows easy and quick installation.
  • the holder can be made of good thermally conductive material, preferably copper.
  • a good thermally conductive material, in particular copper allows a good thermal coupling of the electrical components to the holder and thus to the rotor body.
  • the waste heat generated in the electrical components can be dissipated to the rotor body in this way.
  • the holder can connect positively in the circumferential direction of the rotor to the inside of the rotor.
  • the holder On its radially inner side, the holder may have recesses with wall and bottom surfaces for the positive reception of the electrical components of the exciter circuit. The surface normals of the floor surfaces can be found in
  • a holder as described above allows a mechanically particularly stable recording of the electrical components of a field circuit.
  • the holder may consist for the most part of a fiber-reinforced plastic, in particular of a glass fiber reinforced, carbon fiber reinforced or aramid fiber reinforced plastic. Furthermore, the holding tion consist of a foam or have a sandwich construction. The aforementioned materials have a high strength with a low weight, which is particularly advantageous for the coverage of electronic components of a field circuit within a rotor.
  • the toroidal elastic ring may consist predominantly of silicone.
  • An embodiment of the toroidal elastic ring of silicone has the advantage that it is elastic and also adheres to the
  • the contacts can be made of copper. Copper provides good electrical and thermal conductivity, allowing it to make electrically secure contacts.
  • the casting device may comprise at least one displacement body which is adapted to the shape of the board (s) and in particular to the shape of the electrical components present on the board (s).
  • This displacement body may continue to consist predominantly of glass fiber reinforced plastic.
  • a displacement body offers the advantage that potting compound can be saved.
  • a displacement body which consists for the most part of glass fiber reinforced plastic, also offers the possibility of a significant weight reduction.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view of a potting device for a field circuit inside a rotor body
  • FIG. 2 shows a detailed view of a casting device
  • FIG. 3 shows two boards of a field circuit in perspective view
  • Figures 4 and 5 a holder for the electrical components of a field circuit.
  • FIG. 1 shows a potting device 100 for an excitation circuit arranged inside a potting area 101 in the interior of a rotor body.
  • the rotor body can be configured essentially rotationally symmetrical with respect to an axis A.
  • the potting region 101 extends in the circumferential direction in the edge region of the rotor body.
  • the excitation circuit consists of at least one circuit board 102, preferably of a plurality of circuit boards 102, 102 'and further preferably of further not on the or the board (s) arranged further electrical components 104. In the following, by way of example, only the case, in which the exciter circuit comprises only one circuit board.
  • the excitation circuit comprises electrical components 104 arranged on the circuit board 102.
  • the electrical components 104 may preferably be power-electronic components, such as IGBTs, MOSFETs, thyristors, power diodes, etc.
  • the rotor body which has a cover plate 107 and a bottom plate 108, is held by means of clamping screws 105.
  • the casting area 101 is at its radially outer Edge of the shell of the rotor body or other thermally directly connected to the shell of the rotor body further components of the rotor 106, 106 ', 106''limited.
  • the board 102 can be locked within the Verguss Kunststoffes 101 with generally technical measures. Furthermore, the circuit board 102 or even individual electrical components 104 of the excitation circuit can be locked with a special holder.
  • the circuit board 102 is locked within the casting region 101 in such a way that the contacts 103 come to lie in a tolerance range 109 which extends around a cylinder jacket surface 110.
  • the cylinder jacket surface 110 is substantially coaxial with the rotor body, and thus arranged substantially coaxially with the axis A. Along the circumference of the cylinder jacket surface 110 extends in the radial direction on both sides of the cylinder jacket surface 110, a tolerance range 109.
  • the tolerance range 109 may in particular have a predetermined radial width.
  • a toroidal elastic ring 112 is inserted from inside into the potting device 100.
  • the mandrel 111 may be cylindrical or conical.
  • the tous-shaped elastic ring 112 may preferably have a substantially rectangular cross-section.
  • the toroidal elastic ring 112 is inserted into the molding apparatus 100 in such a manner that the toroidal elastic ring 112 is pressed by the mandrel 111 against the lid plate 107 and the bottom plate 108 so that the molding portion 101 is sealed liquid-tight.
  • the toroidal elastic ring 112 may be inserted into the molding apparatus 100 so as to close the molding area 101 at the contact surface between the bottom plate 108 and the toroidal elastic ring 112 in a liquid-tight manner.
  • the cover plate 107 can be placed on the rotor body after casting has taken place; the actual casting takes place as a so-called open seal. molding.
  • the toroidal elastic ring 112 is pressed in by means of the mandrel 111 in such a way that the contact surfaces of the contacts 103 whose surface normal points in the direction of the axis A are in contact with the toroidal elastic ring 112 within the tolerance range 109.
  • potting compound can be filled into the potting area 101.
  • the boards 102 and further electrical components 104 are so in the
  • Potting area 101 arranged that the potting compound can wet the board 102 and the electrical components 104 on all exposed surfaces.
  • the circuit board 102 may for this purpose have openings or bores or be arranged in the potting region 101 such that corresponding gaps for the passage of the potting compound are present.
  • edges of the components to be cast can be bevelled, chamfered or rounded. Further projecting into the Vergussraum 101 rotor parts can also be chamfered, beveled or rounded. Thus, when curing the potting compound increased stresses in these areas can be avoided.
  • FIG. 2 shows a partial view of a potting device 100.
  • the potting device substantially corresponds to the left-hand part of the one shown in FIG. 1 as viewed from the axis A Potting device 100.
  • the potting device 100 shown in Figure 2 has a displacement body 201 which is disposed within the Vergussraumes 101.
  • the displacement body 201 may in particular be made of glass fiber reinforced plastic.
  • the displacement body 201 can furthermore be adapted in particular to the shape of the circuit board 102.
  • the displacement body 201 can continue to the present on the board 102 components 104, and the
  • the displacement body 201 may be adapted to other electrical components 103 of the exciter circuit which are not mounted on the circuit board 102.
  • An adaptation of the displacement body 201 can be done by molding or by 3D scanning.
  • the displacement body 201 potting compound can be saved.
  • the displacement body 201 may have a similar or almost the same coefficient of expansion as the potting compound. In this way, due to temperature changes occurring stress cracks or wall detachments can be reduced.
  • FIG. 3 shows two boards 102, 102 "of a field circuit in perspective view. For reasons of clarity, the components present on the boards 102, 102 '' are not shown.
  • the boards 102, 102 '' are arranged substantially plane-parallel to each other.
  • the direction R indicated in FIG. 3 points in the direction of the axis A.
  • FIG. 4 shows a holder 401 for the electrical components 104 of a field circuit.
  • the holder 401 is adapted to the shape of the rotor body 105 on its radially outer side, ie the side which faces the rotor body 105.
  • the holder 401 can likewise essentially form-fittingly connect to parts 106, 106 'connected directly to the rotor body 105.
  • the components 106, 106 'directly adjoining the rotor body 105 may in particular be thermally connected to the rotor body.
  • the holder 401 flattening 402 or exceptions for receiving electrical components 104.
  • the electrical components 104 may in particular be power semiconductors, such as IGBTs, MOSFETs, thyristors, power diodes, etc.
  • the electrical components 104 may have heat transfer surfaces, with which they connect to the holder 401 over a large area. In particular, the heat transfer surfaces of the electrical components 104 can connect over a large area to the flattenings or recesses 402.
  • the electrical components 104 may be screwed to the holder 401 or connected by clips to the holder 401.
  • the holder 401 may in particular be made of a material which is readily thermally conductive, and the holder 401 is preferably made of copper.
  • the surface normals of the flattenings or recesses 402 may in particular point with their surface normals in the direction of the axis of the rotor body. Centripetal accelerations acting on the electrical components 104 can thus be absorbed by the holder over a large area.
  • the flattening or recesses 402 can furthermore be designed in particular such that they receive the electrical components 104 in a form-fitting manner.
  • FIG. 5 shows a further holder 501 for receiving electrical components 104 of a field circuit.
  • the components 104 may in particular be capacitors.
  • the holder 501 is adapted in a form-fitting manner to the rotor body 105 on its radially outer side.
  • the holder 501 can furthermore be adapted in a form-fitting manner to components 106, 106 'connected directly to the rotor body 105.
  • the holder 501 On its radially inner side, the holder 501 has recesses with wall and bottom surfaces (502, 503) for the positive reception of the electrical components 104.
  • the bottom surfaces (503) of the recesses may be oriented in such a way that their surface normal points in the direction of the axis of the rotor 105.
  • the holder 501 may in particular be made of a glass fiber reinforced plastic.
  • the toroidal elastic ring 112 may be made of silicone or a silicone-like material in particular.
  • the excitation circuit disposed within the rotor can be encapsulated with a device according to an embodiment of the drawings explained above.
  • the casting method according to the invention can be developed in accordance with the following explanations.
  • the potting space can be heated by means of suitable measures for curing the potting compound.
  • an atmosphere casting method an atmosphere casting method, a vacuum casting method, a pressure gelling method, an injection molding method or a hotmelt method may be used.
  • a material system for potting can continue to find a hybrid system of a potting compound and an adhesive use.
  • the casting can be carried out with a reaction resin system based on one or more of the following materials, epoxy resin, polyurethane, silicone, polyester resin, polyester imide resin and / or hydrocarbon resin.
  • a reaction resin system based on one or more of the following materials, epoxy resin, polyurethane, silicone, polyester resin, polyester imide resin and / or hydrocarbon resin.
  • it can be further added with fillers, fibers, hollow glass spheres, flakes, fabrics and / or layers.

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Abstract

Vergussverfahren und Vorrichtung (100) zum Verguss einer im Inneren eines Rotorkörpers angeordneten Erregerschaltung. Die Erregerschaltung weist eine Platine (102, 103) mit am Rand dieser Platine (102, 103) vorhandenen Kontakten (103, 103') auf, wobei die Kontakte (103, 103') in einem Toleranzbereich (109) um eine konzentrisch zu dem Rotorkörper orientierte Zylindermantelfläche (110) angeordnet sind. Die Erregerschaltung befindet sich innerhalb eines Vergussbereiches (101), welcher von einem torusförmigen elastischen Ring (112) derart flüssigkeitsdicht abgeschlossen wird, dass gleichzeitig Flächen der Kontakte (103, 103'), welche innerhalb des Toleranzbereiches (109) liegen, in Kontakt mit dem torusförmigen elastischen Ring (112) stehen.

Description

Beschreibung
Vergussverfahren sowie Vergussvorrichtung für eine innerhalb eines Rotorkörpers vorhandene Erregerschaltung
Die Erfindung betrifft ein Vergussverfahren sowie Vergussvorrichtung für eine innerhalb eines Rotorkörpers vorhandene ErregerSchaltung.
Elektrische Maschinen weisen als Teil ihres Rotors Erregerwicklungen auf. Supraleitende Maschinen weisen Erregerwicklungen auf, welche aus einem supraleitenden Material gefertigt sind. Insbesondere können supraleitende Maschinen Erregerwicklungen aufweisen, welche aus Hochtemperatursupralei- termaterial gefertigt sind.
Eine Erregerschaltung zur Erregung der Wicklungen einer e- lektrischen Maschine wird typischerweise innerhalb des Rotors der elektrischen Maschine angeordnet. Eine derartige Erreger- Schaltung weist unter anderem einen Wechselstromübertrager und einen Gleichrichter auf. Eine derartige Erregerschaltung geht beispielsweise aus der DE 10 2005 047 541 Al hervor.
Eine innerhalb des Rotors einer elektrischen Maschine ange- ordnete Erregerschaltung ist beim Betrieb der elektrischen
Maschine erheblichen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Für eine zweipolige Synchronmaschine beträgt bei 60 Hz Netzfrequenz die synchrone Drehzahl 3600 U/min. Bei den typischen Gehäusegrößen derartiger Maschinen treten Zentripetalbe- schleunigungen von mehreren 1000 G auf, die durch die Rotation des Rotors entstehen, und auf die innerhalb des Rotors angeordnete Erregerschaltung wirken. Weiterhin ist die innerhalb des Rotors angeordnete Erregerschaltung im Rotor auftretenden Vibrationen ausgesetzt. Beim Betrieb einer elektri- sehen Maschine treten im Bereich des Rotors außerdem Staub (z.T. elektrisch leitfähiger Staub), Feuchtigkeit, extreme Temperaturen etc. auf, welche der Erregerschaltung schaden können. Eine Erregerschaltung weist zum Teil komplexe Schalt- kreise auf, die insbesondere leistungselektronische Bauteile wie beispielsweise IGBTs, MOSFETs, Thyristoren, Leistungsdioden etc. aufweisen können. Derartige leistungselektronische Bauteile verursachen im Betrieb erhebliche Verlustwärmemen- gen, die aus dem Bereich der Erregerschaltung abgeführt werden müssen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Vergussverfahren sowie eine Vergussvorrichtung für eine innerhalb eines Rotorkörpers angeordnete Erregerschaltung anzugeben. Das erfindungsgemäße Vergussverfahren und die erfindungsgemäße Vergussvorrichtung sollen hinsichtlich der im Stand der Technik vorhandenen technischen Probleme verbessert sein. Insbesondere soll ein Vergussverfahren für eine Erregerschaltung ange- geben werden, welches einen mechanisch stabilen Verguss der Erregerschaltung innerhalb des Rotorkörpers erlaubt, wobei gleichzeitig eine gute thermische Ankopplung der Erregerschaltung an den Rotorkörper gewährleistet sein soll. Weiterhin soll insbesondere eine Vergussvorrichtung für ein solches Verfahren angegeben werden.
Verfahrensbezogen wird die Aufgabe mit den in Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Demgemäß wird ein Vergussverfahren für eine innerhalb eines Vergussbereiches im Inneren ei- nes Rotorkörpers angeordnete Erregerschaltung angegeben. Der Vergussbereich ist am radial äußeren Rand von der Innenseite eines Mantels des Rotorkörpers oder unmittelbar mit dem Mantel des Rotorkörpers thermisch gekoppelten Bauteilen begrenzt. Weiterhin ist der Vergussbereich beidseitig in axia- ler Richtung von einer im Wesentlichen senkrecht zu einer Achse des Rotorkörpers orientierten Deckelplatte und einer Bodenplatte begrenzt. Die Erregerschaltung umfasst zumindest eine Platine mit auf der Platine vorhandenen elektrischen Bauteilen und am Rand der Platine angeordneten Kontakten. Das erfindungsgemäße Vergussverfahren weist zumindest die folgenden Schritte auf: Arretieren der Erregerschaltung in dem Vergussbereich, so dass die Kontakte in einem Toleranzbereich um eine Zylindermantelfläche angeordnet sind, wobei die Zylindermantelfläche koaxial zu dem Rotorkörper orientiert ist.
Formschlüssiges Anpressen eines torusförmigen elastischen Ringes an diejenigen Kontaktflächen der Kontakte, deren Flächennormalen im Wesentlichen in Richtung der Achse orientiert sind. Weiterhin formschlüssiges Anpressen des torusförmigen zumindest an die Bodenplatte zum flüssigkeitsdichten Ab- schluss des Vergussraumes. Der torusförmige elastische Ring wird dabei derart zumindest gegen die Bodenplatte und die Kontaktflächen der Kontakte angepresst, so dass alle in dem Toleranzbereich liegenden Kontaktflächen zumindest teilweise mit dem torusförmigen elastischen Ring in Kontakt stehen.
Vergießen des Vergussraumes mit einer Vergussmasse.
Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen sind insbesondere die folgenden Vorteile verbunden. Die vorgenannten Maßnahmen erlauben einen einfachen und hohlraumfreien Verguss einer Erregerschaltung im Inneren eines Rotorkörpers. Auf diese Weise kann vorteilhaft eine gute mechanische Halterung der Erregerschaltung innerhalb des Rotorkörpers erreicht werden. Weiter- hin kann mit den vorgenannten erfindungsgemäßen Maßnahmen eine gute thermische Ankopplung der Erregerschaltung an die Vergussmasse erreicht werden. Insbesondere können die elektrischen Bauteile der Erregerschaltung an die Vergussmasse angekoppelt werden. Durch eine Anordnung des Vergussbereiches im Randbereich des Rotors kann weiterhin vorteilhaft eine gute thermische Ankopplung der Vergussmasse und somit der elektrischen Bauteile der Erregerschaltung an den Rotormantel erreicht werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Vergussverfahrens gehen aus den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen hervor. Dabei kann das Vergussverfahren nach Anspruch 1, insbesondere mit den Merkmalen eines oder auch mehrerer Unteran- Sprüche kombiniert werden. Demgemäß kann das Vergussverfahren noch die folgenden Merkmale aufweisen:
Vor dem Vergießen des Vergussraumes kann ein Verdrängungs- körper in den Vergussraum eingebracht werden. Durch Einbringen eines Verdrängungskörpers in den Vergussraum kann Vergussmasse eingespart werden. Mittels eines Verdrängungskörpers kann weiterhin das Vergussvolumen reduziert werden. Ein verringertes Vergussvolumen und somit eine verringerte Vergussmasse führt zu einer Reduktion von im
Vergussbereich zwischen der Vergussmasse und Bauteilen der Erregerschaltung auftretenden mechanischen Spannungen. Die unterschiedlichen in einer Erregerschaltung verwendeten Materialien weisen typischerweise unterschiedliche Materi- alkennwerte, beispielsweise Ausdehnungskoeffizienten, auf. Eine Anpassung des Ausdehnungskoeffizienten der Vergussmasse an alle in der Erregerschaltung vorhandenen Materialien und deren Ausdehnungskoeffizienten ist nahezu unmöglich. Da sich die Ausdehnung proportional zur Masse des betreffenden Materials verhält, ist es vorteilhaft mittels eines Verdrängungskörpers Vergussmasse einzusparen und somit die von der Vergussmasse auf die Bauteile der Erregerschaltung wirkenden Kräfte infolge von thermischer Ausdehnung zu minimieren.
Der Verdrängungskörper kann vor dem Einbringen in den Vergussraum an eine Form der Platine und eine Form der auf der Platine vorhandenen elektrischen Bauteile angepasst werden. Durch eine Anpassung der Form des Verdrängungskör- pers an die Form der Platine und die auf der Platine vorhandenen Bauteile, kann weitere Vergussmasse eingespart werden, was zu weiteren Kostenvorteilen führt.
Der Vergussraum kann zum Aushärten der Vergussmasse er- hitzt werden. Eine thermische Aushärtung der Vergussmasse bietet den verfahrenstechnischen Vorteil einer schnellen Prozessführung und ist daher für den Verguss von Schaltun- gen in einem Rotor besonders vorteilhaft.
Der Schritt des Vergießens kann nach einem Verfahren der folgenden Gruppe erfolgen: - Atmosphärenvergussverfahren,
- Vakuumvergussverfahren,
- Druckgelierverfahren,
- Spritzgussverfahren,
- Hotmeltverfahren . Die vorgenannten Verfahren sind zum Verguss von Erregerschaltungen in Rotoren besonders vorteilhaft.
Der Verguss der Erregerschaltung innerhalb des Vergussbereiches im Inneren eines Rotorkörpers kann mit einem Hyb- ridsystem aus einer Vergussmasse und einer Klebemasse erfolgen. Insbesondere kann der Verguss mit einem Reaktionsharzsystem auf Basis eines Materials oder mehrerer Materialien auswählbar aus der folgenden Gruppe erfolgen:
- Epoxidharz, - Polyurethan,
- Silikon,
- Polyesterharz,
- Polyimidharz oder
- Kohlenwasserstoffharz .
Der Verguss einer Erregerschaltung mit einem Reaktionsharzsystem aus Vergussmasse und Klebemasse, insbesondere auf der Basis eines vorgenannten Materials ist besonders vorteilhaft, da in einem solchen System mechanische Span- nungen aufgenommen werden können. Mechanische Spannungen können die Folge von thermischen Wechselbelastungen sein, wie sie in Rotoren auftreten können. Ein Verguss mit einem Reaktionsharzsystem weist außerdem eine hohe mechanische Festigkeit auf. In einem Rotor auftretende Zentripetalbe- schleunigungen und die daraus resultierenden Kräfte können von einem entsprechenden System ebenfalls aufgenommen werden . Die Vergussmasse kann mit mindestens einem Material der folgen Materialgruppe versetzt werden. Die Materialgruppe umfasst Füllstoffe, Fasern, Gewebe, Hohlglaskugeln, Flakes und Gelege. Indem die Vergussmasse mit einem Material der vorgenannten Materialgruppe versetzt wird kann die Vergussmasse hinsichtlich ihrer mechanischen Festigkeit verbessert werden. Insbesondere kann die Vergussmasse hinsichtlich ihrer Belastbarkeit für Zentripetalbeschleunigungen verbessert werden.
Vorrichtungsbezogen wird die Aufgabe mit den in Anspruch 9 angegebenen Maßnahmen gelöst.
Demgemäß wird eine Vergussvorrichtung für eine innerhalb eines Vergussbereiches im Inneren eines Rotorkörpers angeordnete Erregerschaltung angegeben. Der Vergussbereich ist am radial äußeren Rand von der Innenseite eines Mantels des Rotorkörpers oder unmittelbar mit dem Mantel des Rotorkörpers thermisch verbundenen Bauteilen begrenzt. Weiterhin ist der Vergussbereich in axialer Richtung beidseitig von einer im Wesentlichen senkrecht zu der Achse des Rotorkörpers orientierten Deckelplatte und einer Bodenplatte begrenzt. Die Erregerschaltung umfasst zumindest eine Platine mit auf der Platine vorhandenen elektrischen Bauteilen. Kontakte, mit de- nen die Erregerschaltung kontaktiert werden kann, sind am
Rand der Platine angeordnet. Die Vergussvorrichtung umfasst weiterhin :
Eine Halterung zur Arretierung der Erregerschaltung in dem Vergussbereich, mit welcher die Erregerschaltung in dem Vergussbereich derart arretiert werden kann, so dass die Kontakte in einem Toleranzbereich um eine Zylindermantelfläche angeordnet sind. Die Zylindermantelfläche ist koaxial zu dem Rotorkörper orientiert. Die Vergussvorrichtung weist weiter- hin einen torusförmigen elastischen Ring auf, der an diejenigen Kontaktflächen der Kontakte, deren Flächennormale im Wesentlichen in Richtung der Achse orientiert ist, angepresst wird. Weiterhin wird der torusförmige elastische Ring zumin- dest an die Bodenplatte zum flüssigkeitsdichten Abschluss des Vergussraumes angepresst. Der torusförmige elastische Ring wird weiterhin derart angepresst, so dass alle in dem Toleranzbereich liegenden Kontaktflächen zumindest teilweise mit dem torusförmigen elastischen Ring in Kontakt stehen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vergussvorrichtung gehen aus den von Anspruch 9 abhängigen Ansprüchen hervor. Dabei kann die erfindungsgemäße Vergussvorrich- tung mit den Merkmalen eines Unteranspruches, insbesondere mit den Merkmalen mehrerer Unteransprüche kombiniert werden. Demgemäß kann die Vergussvorrichtung noch die folgenden Merkmale aufweisen:
- Die Halterung für die elektrischen Bauteile der Erregerschaltung kann sich in Umfangsrichtung des Rotorkörpers auf dessen Innenseite erstrecken. Auf ihrer radial inneren Seite kann die Halterung Ausnehmungen oder Abplattungen zur formschlüssigen Aufnahme der elektrischen Bauteile aufwei- sen. Auf ihrer radial äußeren Seite kann die Halterung an die Form der Innenwandung des Rotorkörpers angepasst sein. Vorteilhaft können mit einer Halterung, die die zuvor beschriebenen Merkmale aufweist, die elektronischen Bauteile einer Erregerschaltung mechanisch stabil im Inneren des Ro- torkörpers gehalten werden.
- Die elektronischen Bauteile können Leistungshalbleiter sein. Eine mechanisch stabile Halterung ist für die Leistungshalbleiter einer Erregerschaltung besonders vorteil- haft.
- Die elektrischen Bauteile können Wärmeübergangsflächen aufweisen und die Wärmeübergangsflächen können großflächig in thermischem Kontakt mit den Ausnehmungen oder Abplattungen stehen. Die Ausnehmungen oder Abplattungen können derart ausgerichtet sein, dass ihre Flächennormalen im Wesentlichen in radialer Richtung weisen. Eine Halterung für die elektrischen Bauteile einer Erregerschaltung, welche groß- flächig in Kontakt mit den Wärmeübergangsflächen der elektrischen Bauteile steht, wobei diese Wärmeübergangsflächen weiterhin mit ihren Flächennormalen im Wesentlichen in eine radiale Richtung weisen, gewährleistet zum einen eine gute thermische Ankopplung der elektrischen Bauteile an die HaI- terung und zum anderen eine gute mechanische Halterung insbesondere hinsichtlich der Aufnahme von Fliehkräften für die elektrischen Bauteile.
- Die elektrischen Bauteile können mit der Halterung verschraubt sein. Alternativ können die elektrischen Bauteile durch Klammern mit der Halterung verbunden sein. Eine Halterung der elektrischen Bauteile an der Halterung mittels einer Verschraubung oder durch Klammern ermöglicht eine einfache und schnelle Montage.
- Die Halterung kann aus gut wärmeleitfähigem Material, vorzugsweise aus Kupfer, sein. Ein gut wärmeleitfähiges Material, insbesondere Kupfer, ermöglicht eine gute thermische Ankopplung der elektrischen Bauteile an die Halterung und somit an den Rotorkörper. Vorteilhaft kann auf diese Weise die in den elektrischen Bauteilen entstehende Abwärme an den Rotorkörper abgeführt werden.
- Die Halterung kann in Umfangsrichtung des Rotors formschlüssig an die Innenseite des Rotors anschließen. Auf ihrer radial innen liegenden Seite kann die Halterung Ausnehmungen mit Wand- und Bodenflächen zur formschlüssigen Aufnahme der elektrischen Bauteile der Erregerschaltung auf- weisen. Die Flächennormalen der Bodenflächen können in
Richtung der Achse weisen. Eine wie zuvor beschriebene Halterung ermöglicht eine mechanisch besonders stabile Aufnahme der elektrischen Bauteile einer Erregerschaltung.
- Die Halterung kann zum überwiegenden Teil aus einem faserverstärkten Kunststoff, insbesondere aus einem glasfaserverstärkten, kohlenstofffaserverstärkten oder aramidfaser- verstärkten Kunststoff bestehen. Weiterhin kann die Halte- rung aus einem Schaum bestehen oder einen Sandwichaufbau aufweisen. Die zuvor genannten Materialien weisen eine hohe Festigkeit bei einem geringen Gewicht auf, was für die HaI- terung elektronischer Bauteile einer Erregerschaltung in- nerhalb eines Rotors besonders vorteilhaft ist.
- Der torusförmige elastische Ring kann zum überwiegenden Teil aus Silikon bestehen. Eine Ausgestaltung des torusför- migen elastischen Ringes aus Silikon bietet den Vorteil, dass dieser elastisch ist und außerdem ein Anhaften der
Vergussmasse an den torusförmigen elastischen Ring vermieden werden kann.
- Die Kontakte können aus Kupfer bestehen. Kupfer bietet eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit und erlaubt es auf diese Weise elektrisch sichere Kontakte herzustellen .
- Die Vergussvorrichtung kann zumindest einen Verdrängungs- körper umfassen, der an die Form der Platine (n) und insbesondere an die Form der auf der/den Platine (n) vorhandenen elektrischen Bauteile angepasst ist. Dieser Verdrängungskörper kann weiterhin zum überwiegenden Teil aus glasfaserverstärktem Kunststoff bestehen. Ein Verdrängungskörper bietet den Vorteil, das Vergussmasse eingespart werden kann. Ein Verdrängungskörper, welcher zum überwiegenden Teil aus glasfaserverstärktem Kunststoff besteht, bietet weiterhin die Möglichkeit einer erheblichen Gewichtsreduzierung .
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Vergussverfahrens und der erfindungsgemäßen Vergussvorrichtung gehen aus den vorstehend nicht angesprochenen Ansprüchen sowie insbesondere aus der nachfolgend erläuterten Zeichnung hervor. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vergussvorrichtung sowie des erfindungsgemäßen Vergussverfahrens schematisch angedeutet. Dabei zeigen deren
Figur 1 eine Querschnittsansicht einer Vergussvorrichtung für eine Erregerschaltung im Inneren eines Rotorkörpers,
Figur 2 eine Detailansicht einer Vergussvorrichtung, Figur 3 zwei Platinen einer Erregerschaltung in Perspektivansicht,
Figur 4 und 5 eine Halterung für die elektrischen Bauteile einer Erregerschaltung.
Sich in den Figuren entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Nicht näher ausgeführte Teile sind allgemein bekannter Stand der Technik.
Figur 1 zeigt eine Vergussvorrichtung 100 für eine innerhalb eines Vergussbereiches 101 im Inneren eines Rotorkörpers angeordnete Erregerschaltung. Der Rotorkörper kann insbesondere im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu einer Achse A ausgestaltet sein. Der Vergussbereich 101 erstreckt sich in Um- fangsrichtung im Randbereich des Rotorkörpers. Die Erreger- Schaltung besteht aus zumindest einer Platine 102 vorzugsweise aus mehreren Platinen 102, 102' und weiterhin vorzugsweise aus weiteren nicht auf der oder den Platine (n) angeordneten weiteren elektrischen Bauteilen 104. Im Folgenden sei exemplarisch lediglich auf den Fall eingegangen, in dem die Erre- gerschaltung lediglich eine Platine umfasst.
Auf der Platine 102 befinden sich am Rand der Platine 102 angeordnete Kontakte 103. Die Kontakte 103 sind an der Seite der Platine 102 angeordnet, welche in Richtung der Achse A weist. Weiterhin umfasst die Erregerschaltung auf der Platine 102 angeordnete elektrische Bauteile 104. Bei den elektrischen Bauteilen 104 kann es sich vorzugsweise um leistungselektronische Bauteile, wie beispielsweise IGBTs, MOSFETs, Thyristoren, Leistungsdioden etc. handeln.
Der Rotorkörper, welcher eine Deckelplatte 107 und eine Bodenplatt 108 aufweist, ist mittels Spannschrauben 105 gehaltert. Der Vergussbereich 101 wird an seinem radial äußeren Rand vom Mantel des Rotorkörpers bzw. weiteren thermisch unmittelbar mit dem Mantel des Rotorkörpers verbundenen weiteren Bauteilen des Rotors 106, 106', 106'' begrenzt.
Die Platine 102 kann innerhalb des Vergussbereiches 101 mit allgemein technisch üblichen Maßnahmen arretiert werden. Weiterhin können die Platine 102 oder auch einzelne elektrische Bauteile 104 der Erregerschaltung mit einer besonderen Halte- rung arretiert sein. Die Platine 102 wird innerhalb des Ver- gussbereiches 101 derart arretiert, dass die Kontakte 103 in einem Toleranzbereich 109, welcher sich um eine Zylindermantelfläche 110 erstreckt, zu liegen kommen. Die Zylindermantelfläche 110 ist im Wesentlichen koaxial zu dem Rotorkörper, und somit im Wesentlichen koaxial zu der Achse A angeordnet. Entlang des Umfangs der Zylindermantelfläche 110 erstreckt sich in radialer Richtung zu beiden Seiten der Zylindermantelfläche 110 ein Toleranzbereich 109. Der Toleranzbereich 109 kann insbesondere eine vorgegebene radiale Breite aufweisen .
Vor dem Einfügen eines Dorns 111 in die Vergussvorrichtung 100 wird ein torusförmiger elastischer Ring 112 von Innen in die Vergussvorrichtung 100 eingelegt. Der Dorn 111 kann zylinderförmig oder auch konusförmig ausgestaltet sein. Der to- rusförmige elastische Ring 112 kann vorzugsweise einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Weiterhin wird der torusförmige elastische Ring 112 derart in die Vergussvorrichtung 100 eingelegt, dass der torusförmige elastische Ring 112 mittels des Dorns 111 an die Deckelplatte 107 und die Bodenplatte 108 derart angepresst wird, dass der Vergussbereich 101 flüssigkeitsdicht abgeschlossen ist. Alternativ kann der torusförmige elastische Ring 112 derart in die Vergussvorrichtung 100 eingelegt werden, dass dieser den Vergussbereich 101 an der Kontaktfläche zwischen der Bodenplatte 108 und dem torusförmigen elastischen Ring 112 flüssigkeitsdicht abschließt. Die Deckelplatte 107 kann in diesem Fall nach erfolgtem Verguss auf den Rotorkörper aufgesetzt werden, der eigentliche Verguss erfolgt als sogenannter offener Ver- guss. Weiterhin wird der torusförmige elastische Ring 112 mittels des Dorns 111 derart eingepresst, dass die innerhalb des Toleranzbereiches 109 liegenden Kontaktflächen der Kontakte 103, deren Flächennormalen in Richtung der Achse A weist, in Kontakt mit dem torusförmigen elastischen Ring 112 stehen. Durch ein derartiges Anpressen des torusförmigen e- lastischen Rings 112 an die Kontaktflächen kann vermieden werden, dass bei späterem Einfüllen einer Vergussmasse in den Vergussbereich 101 diejenigen Flächen der Kontakte 103, deren Flächennormale in Richtung der Achse A zeigen, von Vergussmasse benetzt werden. Die Kontaktflächen der Kontakte 103 sind also nach dem Vergießen der Erregerschaltung frei von Vergussmasse, und können somit leicht kontaktiert werden.
Durch eine Öffnung 113 in der Deckelplatte 107 der Vergussvorrichtung 100 kann Vergussmasse in den Vergussbereich 101 eingefüllt werden. Zum hohlraumfreien Verguss der Erregerschaltung, insbesondere der Platine 102 und der auf der Platine vorhandenen elektrischen Bauteile 104, werden die Plati- ne 102 und weitere elektrische Bauteile 104 derart in dem
Vergussbereich 101 angeordnet, dass die Vergussmasse die Platine 102 und die elektrischen Bauteile 104 an allen freiliegenden Flächen benetzen kann. Insbesondere kann die Platine 102 zu diesem Zweck Durchbrüche oder Bohrungen aufweisen oder derart in dem Vergussbereich 101 angeordnet sein, dass entsprechende Spalte zum Durchtritt der Vergussmasse vorhanden sind.
Die Kanten der zu vergießenden Bauteile können abgeschrägt, abgefast oder abgerundet sein. Weitere in den Vergussraum 101 hineinragende Rotorteile können ebenfalls abgeschrägt, abgefast oder abgerundet sein. So können bei Aushärten der Vergussmasse erhöhte Spannungen in diesen Bereichen vermieden werden .
Figur 2 zeigt eine Teilansicht einer Vergussvorrichtung 100. Die Vergussvorrichtung entspricht im Wesentlichen dem von der Achse A aus gesehen linken Teil der in Figur 1 dargestellten Vergussvorrichtung 100. Zusätzlich zu der in Figur 1 gezeigten Vergussvorrichtung 100 weist die in Figur 2 gezeigte Vergussvorrichtung 100 einen Verdrängungskörper 201 auf, welcher innerhalb des Vergussraumes 101 angeordnet ist.
Der Verdrängungskörper 201 kann insbesondere aus glasfaserverstärktem Kunststoff gefertigt sein. Der Verdrängungskörper 201 kann weiterhin insbesondere an die Form der Platine 102 angepasst sein. Der Verdrängungskörper 201 kann weiterhin an die auf der Platine 102 vorhandenen Bauteile 104, sowie die
Kontakte 103 angepasst sein. Ebenfalls kann der Verdrängungskörper 201 an weitere elektrische Bauteile 103 der Erregerschaltung angepasst sein, die nicht auf der Platine 102 montiert sind. Eine Anpassung des Verdrängungskörpers 201 kann durch Abformen oder auch durch 3D-Abscannen erfolgen. Durch den Verdrängungskörper 201 kann Vergussmasse eingespart werden. Weiterhin kann der Verdrängungskörper 201 einen ähnlichen oder nahezu gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie die Vergussmasse aufweisen. Auf diese Weise können infolge von Temperaturwechseln auftretende Spannungsrisse oder Wandablösungen verringert werden.
Figur 3 zeigt zwei Platinen 102, 102'' einer Erregerschaltung in Perspektivansicht. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die auf den Platinen 102, 102'' vorhandenen Bauteile nicht dargestellt. Die Platinen 102, 102'' sind im Wesentlichen planparallel zueinander angeordnet. Die in Figur 3 angezeigte Richtung R weist in Richtung der Achse A.
Bei einem Verguss der Platinen 102, 102'' sind auch nach dem Vergussvorgang die Kontaktflächen der Kontakte 103, deren Flächennormale in Richtung R weist, frei von Vergussmasse. Die Kontaktflächen sind somit von der Innenseite des Rotorkörpers aus zugänglich, und können beispielsweise mit einem Kontaktbalken 301, der vorzugsweise aus Kupfer gefertigt sein kann, kontaktiert werden. Figur 4 zeigt eine Halterung 401 für die elektrischen Bauteile 104 einer Erregerschaltung. Die Halterung 401 ist auf ihrer radial äußeren Seite, also derjenigen Seite, welche dem Rotorkörper 105 zugewandt ist, an die Form des Rotorkörpers 105 angepasst. Die Halterung 401 kann ebenfalls im Wesentlichen formschlüssig an unmittelbar mit dem Rotorkörper 105 verbundene Teile 106, 106' anschließen. Die an den Rotorkörper 105 unmittelbar anschließenden Bauteile 106, 106' können insbesondere thermisch mit dem Rotorkörper verbunden sein. Auf ihrer radial inneren Seite weist die Halterung 401 Abplattungen 402 oder Ausnehmen zur Aufnahme von elektrischen Bauteilen 104 auf. Bei den elektrischen Bauteilen 104 kann es sich insbesondere um Leistungshalbleiter handeln, wie beispielsweise IGBTs, MOSFETs, Thyristoren, Leistungsdioden, etc. Die elektrischen Bauteile 104 können Wärmeübergangsflächen aufweisen, mit welchen sie großflächig an die Halterung 401 anschließen. Insbesondere können die Wärmeübergangsflächen der elektrischen Bauteile 104 großflächig an die Abplattungen oder Ausnehmungen 402 anschließen. Zur Verbindung der elektrischen Bauteile 104 mit der Halterung 401 können die elektrischen Bauteile 104 mit der Halterung 401 verschraubt sein oder durch Klammern mit der Halterung 401 verbunden sein. Die Halterung 401 kann insbesondere aus einem gut wär- meleitfähigen Material gefertigt sein, vorzugsweise ist die Halterung 401 aus Kupfer gefertigt.
Die Flächennormalen der Abplattungen oder Ausnehmungen 402 können insbesondere mit ihren Flächennormalen in Richtung der Achse des Rotorkörpers weisen. Auf die elektrischen Bauteile 104 wirkende Zentripetalbeschleunigungen können so von der Halterung großflächig aufgenommen werden.
Die Abplattungen oder Ausnehmungen 402 können weiterhin insbesondere derart ausgestaltet sein, dass diese die elektri- sehen Bauteile 104 formschlüssig aufnehmen.
Figur 5 zeigt eine weitere Halterung 501 zur Aufnahme elektrischer Bauteile 104 einer Erregerschaltung. Bei den elek- trischen Bauteilen 104 kann es sich insbesondere um Kondensatoren handeln. Die Halterung 501 ist auf ihrer radial äußeren Seite formschlüssig an den Rotorkörper 105 angepasst. Die Halterung 501 kann weiterhin formschlüssig an unmittelbar mit dem Rotorkörper 105 verbundene Bauteile 106, 106' angepasst sein. Auf ihrer radial inneren Seite weist die Halterung 501 Ausnehmungen mit Wand- und Bodenflächen (502, 503) zur formschlüssigen Aufnahme der elektrischen Bauteile 104 auf. Die Bodenflächen (503) der Ausnehmungen können dabei derart ori- entiert sein, dass ihre Flächennormalen in Richtung der Achse des Rotors 105 weisen. Die Halterung 501 kann insbesondere aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff gefertigt sein.
Der torusförmige elastische Ring 112 kann insbesondere aus Silikon oder einem silikonartigen Material gefertigt sein.
Die innerhalb des Rotors angeordnete Erregerschaltung kann mit einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorstehend erläuterten Zeichnungen vergossen werden. Das er- findungsgemäße Vergussverfahren kann dabei gemäß den folgenden Erläuterungen weitergebildet werden.
Der Vergussraum kann zum Aushärten der Vergussmasse mittels geeigneter Maßnahmen erhitzt werden. Weiterhin kann als Ver- gussverfahren ein Atmosphärenvergussverfahren, ein Vakuumvergussverfahren, ein Druckgelierverfahren, ein Spritzgussverfahren oder ein Hotmelt-Verfahren verwendet werden. Als Materialsystem zum Verguss kann weiterhin ein Hybridsystem aus einer Vergussmasse und einer Klebemasse Verwendung finden. Insbesondere kann der Verguss mit einem Reaktionsharzsystem auf der Basis einer oder mehrerer der folgenden Materialien erfolgen, Epoxidharz, Polyurethan, Silikon, Polyesterharz, Polyesterimidharz und/oder Kohlenwasserstoffharz. Zu einer Verstärkung der Vergussmasse kann diese weiterhin mit Füll- Stoffen, Fasern, Hohlglaskugeln, Flakes, Geweben und/oder Gelegen versetzt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Vergussverfahren für eine innerhalb eines Vergussbereiches (101) im Inneren eines Rotorkörpers angeordnete Erregerschal- tung, wobei der Vergussbereich (101) am radial äußeren Rand von der Innenseite eines Mantels (105) des Rotorkörpers oder unmittelbar mit dem Mantel (105) des Rotorkörpers thermisch gekoppelten Bauteilen (106, 106', 106'') begrenzt ist und der Vergussbereich (101) beidseitig in axialer Richtung von einer im Wesentlichen senkrecht zu einer Achse (A) des Rotorkörpers orientierten Deckelplatte (107) und Bodenplatte (108) begrenzt ist, - die Erregerschaltung umfassend, zumindest eine Platine
(102, 102', 102'') mit auf dieser vorhandenen elektrischen Bauelementen (104) und Kontakten (103, 103'), die am Rand der Platine (102, 102', 102'') angeordnet sind, das Vergussverfahren zumindest die folgenden Schritte umfas- send:
Arretieren der Erregerschaltung in dem Vergussbereich (101), so dass die Kontakte (103, 103') in einem Toleranzbereich (109) um eine Zylindermantelfläche (110) angeordnet sind, wobei die Zylindermantelfläche (110) koaxial zu dem Rotorkörper orientiert ist,
Formschlüssiges Anpressen eines torusförmigen elastischen Ringes (112) an diejenigen Kontaktflächen der Kontakte (103, 103'), deren Flächennormale im Wesentlichen in Richtung der Achse (A) orientiert ist, und zumindest an die Bodenplatte (108) zum flüssigkeitsdichten Abschluss des Vergussraumes (101), wobei der torusförmige elastische Ring (112) derart an die Kontakte (103, 103') angepresst wird, dass alle in dem Toleranzbereich (109) liegenden Kontaktflächen zumindest teilweise mit dem torusförmigen elastischen Ring (112) in Kontakt stehen,
Vergießen des Vergussraumes (101) mit einer Vergussmasse.
2. Vergussverfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einbringen eines Verdrängungskörpers (201) in den Vergussraum
(101) vor dem Vergießen des Vergussraumes (101) mit der Vergussmasse .
3. Vergussverfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Anpassen des Verdrängungskörpers (201) an die Form der Platine
(102, 102', 102'') und die Form der auf der Platine (102, 102', 102'') vorhandenen elektrischen Bauteile (104) vor dem Einbringen des Verdrängungskörpers (201) in den Vergussraum.
4. Vergussverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Erhitzen des Vergussraumes (101) zum Aushärten der Vergussmasse.
5. Vergussverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Vergießens nach einem der Verfahren, auswählbar aus der folgenden Gruppe:
- Atmosphärenvergussverfahren, - Vakuumvergussverfahren,
- Druckgelierverfahren,
- Spritzgussverfahren,
- Hotmelt-Verfahren erfolgt .
6. Vergussverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Vergießens mit einem Hybridsystem aus einer Vergussmasse und einer Klebemasse erfolgt.
7. Vergussverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Vergießens mit einem Reaktionsharzsystem auf Basis eines Materials oder mehrerer Materialien, auswählbar aus der folgenden Gruppe: - Epoxidharz,
- Polyurethan,
- Silikon,
- Polyesterharz, - Polyesterimidharz oder
- Kohlenwasserstoffharz erfolgt .
8. Vergussverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Versetzen der Vergussmasse mit mindestens einem Material der Materialgruppe:
- Füllstoffe,
- Fasern, - Gewebe,
- Gelege
- Hohlglaskugeln oder
- Flakes.
9. Vergussvorrichtung (100) für eine innerhalb eines Vergussbereiches (101) im Inneren eines Rotorkörpers vorhandene ErregerSchaltung, wobei
- der Vergussbereich (101) am radial äußeren Rand von der In- nenseite eines Mantels (105) des Rotorkörpers oder unmittelbar mit dem Mantel (105) des Rotorkörpers thermisch verbundenen Bauteilen (106, 106', 106'') begrenzt ist und der Vergussbereich (101) in axialer Richtung von einer im Wesentlichen senkrecht zu einer Achse (A) des Rotorkörpers orientierten Deckelplatte (107) und Bodenplatte (108) begrenzt ist,
- die Erregerschaltung zumindest eine Platine (102, 102', 102'') mit auf dieser vorhandenen elektrischen Bauteilen (104) umfasst und Kontakte (103, 103') am Rand der Plati- ne(n) (102, 102', 102'') angeordnet sind, umfassend: eine Halterung (401, 501) zur Arretierung der Erregerschaltung in dem Vergussbereich (101), so dass die Kontakte (103, 103') in einem Toleranzbereich (109) um eine Zylin- dermantelflache (110) angeordnet sind, wobei die Zylindermantelfläche (101) koaxial zu dem Rotorkörper orientiert ist, - einen torusförmigen elastischen Ring (112) zum Anpressen an Kontaktflächen der Kontakte (103, 103'), deren Flächennormale im Wesentlichen in Richtung der Achse (A) orientiert ist, und an die Deckelplatte (107) und Bodenplatte (108) zum flüssigkeitsdichten Abschluss des Vergussraumes (101), wobei der torusförmige elastische Ring (112) derart ange- presst wird, dass alle in dem Toleranzbereich (109) liegenden Kontaktflächen zumindest teilweise mit dem torusförmi- gen elastischen Ring (112) in Kontakt stehen.
10. Vorrichtung (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (401, 501) für die elektrischen Bauteile (104) der Erregerschaltung,
- sich in Umfangsrichtung des Rotorkörpers auf dessen Innen- seite erstreckt,
- auf ihrer radial inneren Seite Ausnehmungen oder Abplattungen (402) zur formschlüssigen Aufnahme der elektrischen Bauteile (104) aufweist und
- auf ihrer radial äußeren Seite an die Form der Innenwandung des Rotorkörpers angepasst ist.
11. Vorrichtung (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Bauteile (104) Leistungshalbleiter sind.
12. Vorrichtung (100) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Bauteile (104) Wärmeübergangsflächen aufweisen, und die Wärmeübergangsflächen großflächig in thermischem Kontakt mit den Ausnehmungen oder Ab- plattungen (402) stehen, wobei die Ausnehmungen oder Abplattungen (402) derart ausgerichtet sind, dass ihre Flächennormalen im Wesentlichen in radiale Richtung weisen.
13. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, da- durch gekennzeichnet, dass die elektrischen Bauteile (104) mit der Halterung (401, 501) verschraubt sind.
14. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Bauteile (104) durch Klammern mit der Halterung (401, 501) verbunden sind.
15. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, gekennzeichnet durch eine Halterung (401, 501) aus gut wärme- leitfähigem Material, vorzugsweise aus Kupfer.
16. Vorrichtung (100) nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Halterung (401, 501), die
- in Umfangsrichtung des Rotors formschlüssig an die Innenseite des Rotors anschließt,
- auf ihrer radial innen liegenden Seite Ausnehmungen mit Wand- und Bodenflächen zur formschlüssigen Aufnahme der elektrischen Bauteile (104) der Erregerschaltung aufweist, wobei
- die Flächennormalen der Bodenflächen in Richtung der Achse
(A) weisen.
17. Vorrichtung (100) nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine Halterung (401, 501) aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff, einem kohlefaserverstärkten Kunststoff oder einem aramidfaser- verstärkten Kunststoff besteht.
18. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der torusförmige elastische Ring (112) zum überwiegenden Teil aus Silikon besteht.
19. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte (103, 103') aus Kupfer bestehen.
20. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 19, ge- kennzeichnet durch zumindest einen Verdrängungskörper (201), der an die Form der Platine (102, 102', 102'') und die Form der auf der Platine (102, 102', 102'') vorhandenen Bauelemente (104) angepasst ist.
21. Vorrichtung (100) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Verdrängungskörper (201) zum überwiegenden Teil aus glasfaserverstärktem Kunststoff be- steht.
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