WO2016005078A1 - Verfahren zur herstellung einer komplettisolation - Google Patents

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WO2016005078A1
WO2016005078A1 PCT/EP2015/060280 EP2015060280W WO2016005078A1 WO 2016005078 A1 WO2016005078 A1 WO 2016005078A1 EP 2015060280 W EP2015060280 W EP 2015060280W WO 2016005078 A1 WO2016005078 A1 WO 2016005078A1
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WO
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groove
cover layer
insulating material
insulation
grooves
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PCT/EP2015/060280
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French (fr)
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Fabian Lange
Daniel Gremmel
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Robert Bosch Gmbh
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    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/14—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles
    • B29C45/14639—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles for obtaining an insulating effect, e.g. for electrical components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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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
    • H02K15/10—Applying solid insulation to windings, stators or rotors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/32—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation
    • H02K3/34—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation between conductors or between conductor and core, e.g. slot insulation
    • H02K3/345—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation between conductors or between conductor and core, e.g. slot insulation between conductor and core, e.g. slot insulation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/34—Electrical apparatus, e.g. sparking plugs or parts thereof
    • B29L2031/3412—Insulators

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing insulation for a plurality of grooves for inserting a respective winding of an electromagnetic device, in particular an electric machine and in particular a stator of an electric motor, wherein the insulation is made of flowable insulating material by the grooves at least partially with flowable
  • Insulating material are filled, after which the insulating material is partially displaced from the grooves by inserting one or more displacement tools in the grooves, wherein a displacement tool in a groove has such an outer surface that between the outer surface of the
  • Displacement tool and an inner surface of the groove is a gap in which is located after the displacement of insulating material, which forms the insulation after completion of the manufacturing process. Furthermore, the invention relates to a
  • Component of an electrical device in particular a stator of an electric motor with a plurality of slots for inserting windings, wherein in the
  • an insulation between a groove inner surface and the winding to be inserted in each case is arranged, wherein the insulation comprises insulating material which is free-flowing during its manufacture and hardened after production.
  • Tongue insulation made of paper or plastic with double-sided collar used.
  • the U-shape results from the groove geometry, the collar serves to protect against axial slippage and the protection of the wires at the groove edges.
  • the starting material for the production of the slot insulation is
  • DE 26 17 757 proposes a rotor with slots for windings.
  • hollow pins can be inserted into the grooves of the laminated core.
  • French patent application FR 2 328 318 discloses an annular retainer having a plurality of corrugated keyed grooves which can be simultaneously inserted into the grooves of a stator. After insertion of the ring are broken off from the slot insulation and brought the slot insulation to its final position.
  • Windings must be fed through openings in the hollow bars of the cage and can not be inserted.
  • EP 1 541 315 A1 proposes a method with which it is possible to produce thinner-walled slot insulations made of thermoformable material.
  • Method enables extreme thinness with virtually unlimited component length.
  • a tool is inserted into a groove, so that a gap is formed between the tool and the groove.
  • the production of the slot insulation is accomplished by a method step in which by a relative movement between the tool arranged in the groove and the
  • FIG. 2 of EP 1 541 315 A1 shows a stator of an electrical machine with an insulation produced in this way.
  • EP 1 541 315 A1 which describes the production of insulations on the inside of grooves. Accordingly, the grooves first at least partially filled with flowable and / or other suitable urformbarem insulating material, which is then displaced in part by means of a displacement tool again out of the grooves.
  • Displacement tool for producing substantially the shape of its associated groove, wherein the dimensions of the displacement tool in the
  • Groove are slightly smaller than the dimensions of the corresponding inner contour of the groove, so that there is a gap between the displacement tool and the groove when the displacement tool is inserted into the groove.
  • Winding head is usually located near the end wall of the component. This applies to both end faces of the component, into which the two opposite ends of the grooves open, and which are therefore also referred to as end surfaces.
  • For the production of the outer layers is at least one
  • Cavity provided, which is arranged in a primary mold at two points adjacent to the end surfaces, preferably in a modified for the production of insulators in Nutinneren with displacement tools injection mold.
  • the displacement tools may deviate from the shape of the groove interior, for example, to realize reinforcements or thin spots in the insulation.
  • the manufacturing process is a modified one
  • Injection molding For example, it can be converted to a
  • Injection molding machine can be realized.
  • a manufacturing method in which at least one slot insulation and a cover layer on the end surfaces be produced coherently.
  • the cavity is formed so that it is arranged in the forming tool on the end face of at least one web, which is located between two grooves with the insulation. In this way, a part of the end surface at the web, in particular including
  • Polschuh be provided with a cover layer. At this point, many turns of the winding come out of the grooves, go into the winding over and are so close to the core material of the component, so that there is a particularly high risk of a short circuit.
  • the provision of a cover layer is therefore particularly advantageous at this point.
  • a region of the end surface is provided with a cover layer which extends in the depth direction of the groove from an edge of a groove base. Also in this area, many turns of the windings typically come out of the groove, so that a cover layer is very advantageous here.
  • said portion of the cover layer also connects two or more cover layer sections on end faces of webs between grooves. For the production of said cover layers, the cavity is formed accordingly.
  • the cover layer is made with a greater thickness than the insulations in the grooves. This has the advantage that a rounding at the transition of the end face into a groove within the cover layer is possible with a radius which is greater than would be possible only in the insulation. Because the thickness of the cover layer on the end faces in contrast to the
  • Cover layer in the insulation of the grooves and / or conceivably partly also in the material of the component.
  • the rounding particularly preferably takes place exclusively in the cover layer.
  • the rounding preferably proceeds only in insulating material. Then it is easily produced by prototyping by the Urformwerkmaschine in the appropriate place also
  • the rounding is advantageous for retracting the windings into the grooves, and / or to prevent sharp edges on the groove ends from damaging the insulation of the wires during operation of an electrical machine and causing short circuits.
  • a production device for the insulation and the cover layer is proposed, by means of which one of the methods described above can be carried out.
  • an injection molding machine can be used, in which in addition to the supply of urformbarem material, a displacement tool can be moved.
  • a component of an electric machine which has grooves for receiving windings and which, in addition to the prior art, has a cover layer on each of the two end surfaces into which the grooves run out.
  • At least one of the cover layers is connected to at least one of the insulating layers, preferably both cover layers with all slot insulations.
  • Embodiment results in a coating of both surfaces at the edge between the end surface and the groove inner surface, which is particularly advantageous for the protection of the wires of the windings.
  • the cover layer also cover the part of the end face which forms the end face of a web. This results in the advantages described above.
  • the cover layer is thicker than the insulations. This results in the advantages described above.
  • a component is proposed whose cover layers and groove insulations are produced by one of the methods described above.
  • plastics are preferred: polyamide (PA), polybutylene terephthalate (PBT), polycarbonate (PC), polymethyl methacrylate (PMMA), polyoxymethylene (POM), polyphenylene sulfide (PPS), and / or
  • PPE Polyphenylene ether
  • Figure 1 is a perspective view of a portion of a
  • Figure 2 is an enlarged detail of Figure 1 in another
  • Figure 4 is a perspective view of a section through the
  • Figure 5 is a perspective view of the slot insulation and the
  • Figure 6 is a perspective view of the component including a
  • Winding wherein a cover layer between a winding head and a laminated core of the component is shown.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a component 1 for an electric machine, here a stator of an electric motor, the grooves 2 and located therebetween webs 3 has.
  • a component 1 for an electric machine here a stator of an electric motor
  • the grooves 2 and located therebetween webs 3 has.
  • On the inner surfaces of the grooves 2 is a slot insulation 4 and applied to the end faces of the webs 3, a cover layer 5 according to the invention.
  • the cover layer 5 is arranged on an end face 6 of the component 1, the ends of the grooves 2 directed towards the end face 6 lying in the end face 6.
  • the webs 3 each have pole pieces 7 at their ends directed towards the interior of the stator.
  • the pole shoes 7 are each coated on their sides, which are directed to the interior of the grooves 2, with the insulation 4.
  • FIG. 2 shows an enlarged detail of component 1.
  • the features, which also Figure 1 shows are denoted by the same reference numerals and will not be explained again separately; reference is made to FIG.
  • the pole shoes 7 are each coated with the slot insulation 4 on their sides facing the groove interior.
  • a rounding 8 is arranged, preferably along the entire edges. This facilitates the winding of windings, prevents too sharp-edged bending of the wires when
  • Figure 3 shows in perspective a cross section through the component 1 in an even greater magnification than in Figure 2. The same features are the same
  • the insulation 4 and the cover layer 5 can be seen in cross section.
  • the insulation 4 extends in the longitudinal direction of the grooves 2 and the webs 3.
  • the groove insulation 4 covers the insides of the grooves 2 including the Nutinneren facing sides of the pole pieces 7.
  • the cover layer 5 extends in the plane of the end face 6. It also covers them the end face of the pole pieces to their radially inwardmost end.
  • the fillets 8 at the transition from the end face 6 in the grooves 2 are within the
  • Figure 4 shows only the slot insulations 4 of the grooves 2 and one of the cover layers 5 in a perspective view, the insulation 4 are cut in a plane parallel to the cover layer 5 and only partially shown.
  • the component 1 is not shown, but only insulating material.
  • the cover layer 5 is substantially circular in shape and comprises at its inner ring side contours of webs 3. Between these contours of webs 3 recesses for the grooves 2 are arranged. The outwardly of the Nutgen in the radial direction outward portions of the
  • Cover layer 5 connect the contours of webs 3.
  • the radial outer contour of the cover layer 5 forms a closed circle.
  • the slot insulations 2 are formed substantially as a U-shaped profile. They have a slot in their longitudinal direction, to the sides of which to isolate the
  • Pole shoes 7 are arranged and to run on the slot.
  • FIG. 5 shows the slot insulations 4 and two cover layers 5, which are each arranged at one end in the longitudinal direction of the insulations 4.
  • the cover layers 5 are each at the front side
  • FIG. 6 shows in a perspective view the component 1 in one embodiment with a winding head 9.
  • the cover layer 5 is arranged between the winding head 9 and an end face 6 of the component 1. This protects the winding head 9 against short circuits with the component. 1

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Nutisolierungen (4) für eine oder mehrere Nuten (2) zum Einlegen je einer Wicklung einer elektromagnetischen Komponente (1), wobei die Nutisolierung (4) aus urformbarem Isoliermaterial hergestellt wird, indem die Nut (2) zumindest teilweise mit dem Isoliermaterial gefüllt wird, woraufhin das Isoliermaterial durch Einführen eines oder mehrerer Verdrängungswerkzeuge in die Nut (2) teilweise aus der Nut (2) verdrängt wird, wobei das Verdrängungswerkzeug zum Einführen in die Nut (2) vorgesehene Außenoberflächen aufweist, die derart gestaltet ist, dass zwischen dieser Außenoberfläche und einer Innenfläche der Nut (2) ein Spalt vorliegt, in dem sich nach dem Verdrängen Isoliermaterial befindet, welches nach Abschluss des Herstellverfahrens die Nutisolierung (4) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass auf zwei Endflächen (6) der Komponente (1), an denen jeweils ein Ende der Nuten (2) endet, jeweils eine Deckschicht (5) aus urformbarem Isoliermaterial hergestellt wird, indem in einem Urformwerkzeug für die Deckschichten (5) an den Endflächen (6) jeweils mindestens ein Hohlraum vorgesehen wird, der mit urformbarem Isoliermaterial gefüllt wird, um die Deckschichten (5) darin zu erzeugen.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zur Herstellung einer Komplettisolation Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Isolierungen für mehrere Nuten zum Einlegen je einer Wicklung einer elektromagnetischen Einrichtung, insbesondere einer elektrischen Maschine und besonders eines Stators eines Elektromotors, wobei die Isolierung aus fließfähigem Isoliermaterial hergestellt wird, indem die Nuten zumindest teilweise mit fließfähigem
Isoliermaterial gefüllt werden, woraufhin das Isoliermaterial durch Einführen eines oder mehrerer Verdrängungswerkzeuge in die Nuten teilweise aus den Nuten verdrängt wird, wobei ein Verdrängungswerkzeug in einer Nut eine solche Außenoberfläche aufweist, dass zwischen der Außenoberfläche des
Verdrängungswerkzeugs und einer Innenfläche der Nut ein Spalt vorliegt, in dem sich nach dem Verdrängen Isoliermaterial befindet, welches nach Abschluss des Herstellverfahrens die Isolierung bildet. Weiter betrifft die Erfindung eine
Komponente einer elektrischen Einrichtung, insbesondere eines Stators eines Elektromotors mit mehreren Nuten zum Einlegen von Wicklungen, wobei in den
Nuten jeweils eine Isolierung zwischen einer Nutinnenfläche und der jeweils einzulegenden Wicklung angeordnet ist, wobei die Isolierung Isoliermaterial umfasst, das bei seiner Herstellung fließfähig und nach der Herstellung erhärtet ist.
Bei der Herstellung von Elektromotoren ist man bemüht, Antriebe mit einer hohen Leistungsdichte zu erhalten, um den Materialeinsatz und die Baugröße zu verringern. Das eingesparte Material senkt das Gewicht und liefert so einen Beitrag zum Leichtbau, der hilft, Schadstoffemissionen einzusparen. Von zentraler Bedeutung für den Bau von Antrieben mit hoher Leistungsdichte ist ein hoher elektrischer Füllfaktor in den Nuten. In den elektrischen Füllfaktor geht der Leiterquerschnitt in Bezug auf den Nutquerschnitt ein. Um einen hohen Füllfaktor zu erhalten, ist man deshalb bemüht, den Raum, den die Nutisolierung in der Nut einnimmt, gering zu halten, da dieser einen Teil des Nutquerschnitts einnimmt, der nicht für den
Leiterquerschnitt zur Verfügung steht.
Aufgrund der einfachen Herstellbarkeit werden derzeit häufig U-förmige
Nutisolierungen aus Papier oder Kunststoff mit beidseitigem Kragen verwendet. Die U-Form resultiert aus der Nutgeometrie, wobei der Kragen dem Schutz gegenüber axialem Verrutschen sowie dem Schutz der Drähte an den Nutkanten dient. Das Ausgangsmaterial für die Herstellung der Nutisolierungen ist
Rollenmaterial, welches über Falz-, Schneide- und Bördelprozesse verarbeitet wird. Das Einbringen der Nutisolierungen in die Nuten erfolgt in der Regel einzeln, da ein Werkzeug zum simultanen Einbringen der Nutisolierungen deutlich komplexer und damit teurer wäre. Außerdem ist die Prozesssteuerung beim simultanen Einbringen komplizierter und die Flexibilität der Maschine in Bezug auf andere Auslegungen von zu produzierenden Elektromotoren, insbesondere bei einer Veränderung der Nutanzahl, aufwendiger zu erreichen. Im Stand der Technik gibt es bereits Ansätze, dieses herkömmliche
Isolationsverfahren für Nuten zu verbessern. Die DE 26 17 757 schlägt einen Rotor mit Nuten für Wicklungen vor. Um zu verhindern, dass Bleche des Blechpakets des Rotors sich gegeneinander verdrehen, sind in die Nuten des Blechpakets hohle Zapfen einsteckbar. Diese Zapfen weisen an ihrem
Außenumfang einen Schlitz auf, so dass Windungen in die Zapfen eingelegt werden können. Auf eine Isolation der Nuten durch die Zapfen gibt die DE 26 17 757 jedoch keinen Hinweis.
Die französische Patentanmeldung FR 2 328 318 offenbart einen ringförmigen Halter mit mehreren kranzartig daran befestigt Nutisolierungen, die gleichzeitig in die Nuten eines Stators eingeschoben werden können. Nach dem Einschieben werden der Ring von den Nutisolierungen abgebrochen und die Nutisolierungen an ihre Endposition gebracht. Das Einbringen von herkömmlichen
Nutisolierungen wird so vereinfacht.
Die DE 100 44 937 A1 offenbart ein Isolierelement und ein Verfahren zum Einbringen von Wicklungselementen in die Nuten eines Ankers. Es wird vorgeschlagen, eine Art zylindrischen„Käfig" aus Spritzguss in die Nuten eines Ankers einzuschieben.„Stäbe" in Längsrichtung des Käfigs sind dabei mit je einem Verbindungsring an einem der Enden des Käfigs verbunden. Die Stäbe sind hohl ausgeführt und ersetzen die klassischen Isolationspapiere als
Isolierung. Durch das gemeinsame Einbringen der Isolierungen kann Zeit eingespart werden. Damit der Käfig in die Nuten einschiebbar ist, ist einer der Verbindungsringe an einem der axialen Enden des Käfigs radial nach außen versetzt angeordnet, sodass er das Einschieben der Stäbe in die Nuten nicht behindert. Vorzugsweise wird dieser Ring nach dem Einbringen der Stäbe entfernt. Nachteilig an dem Gegenstand der DE 100 44 937 A1 ist, dass die
Wicklungen durch Öffnungen in die hohlen Stäbe des Käfigs eingezogen werden müssen und nicht eingelegt werden können.
Die EP 1 541 315 A1 schlägt ein Verfahren vor, mit welchem die Herstellung von dünnwandigeren Nutisolierungen aus urformbaren Material möglich ist. Das
Verfahren ermöglicht eine extreme Dünnwandigkeit bei praktisch unbegrenzter Bauteillänge. Dazu wird in eine Nut ein Werkzeug eingeführt, sodass sich zwischen dem Werkzeug und der Nut ein Spalt bildet. Die Erzeugung der Nutisolierung wird durch einen Verfahrensschritt bewerkstelligt, bei dem durch eine Relativbewegung zwischen dem in der Nut angeordneten Werkzeug und der
Nut fließfähiges Material in den Spalt zwischen den beiden Teilen gezogen wird. Dadurch wird das Problem der frühzeitigen Erstarrung der Schmelze im Spalt verhindert, was beim herkömmlichen Spritzgussverfahren das mögliche
Verhältnis von Länge zu Dicke begrenzt. In Figur 2 der EP 1 541 315 A1 ist ein Stator einer elektrischen Maschine mit einer derart hergestellten Isolation dargestellt. Durch das direkte Aufbringen des Isolationsmaterials auf die
Nutinnenwände ist die Herstellung einer sehr dünnen Isolation möglich, die im Gegensatz zur herkömmlichen Nutisolation die Ecken der Nuten gut ausfüllt und die Nutinnenwände mit einer dünnen Isolationsschicht bedeckt. Nachteilig an der Lösung gemäß der EP 1 541 315 A1 ist jedoch, dass die Isolationsschicht nur die
Nutinnenseiten schützt.
Offenbarung der Erfindung Gegenstand der Erfindung ist eine Erweiterung des Verfahrens der gemäß der
EP 1 541 315 A1 , welche die Herstellung von Isolationen an der Innenseite von Nuten beschreibt. Demgemäß werden die Nuten zunächst wenigstens teilweise mit fließfähigem und/oder anderem geeigneten urformbarem Isoliermaterial gefüllt, welches danach zum Teil mittels eines Verdrängungswerkzeugs wieder aus den Nuten verdrängt wird. Insbesondere entspricht die Form des
Verdrängungswerkzeugs zur Herstellung im Wesentlichen der Form seiner zugeordneten Nut, wobei die Abmessungen des Verdrängungswerkzeugs in der
Nut etwas geringer sind, als die Abmessungen der entsprechenden Innenkontur der Nut, so dass sich zwischen dem Verdrängungswerkzeug und der Nut ein Spalt ergibt, wenn das Verdrängungswerkzeug in die Nut eingeführt wird.
Mehrere Verdrängungswerkzeuge für jeweils eine Nut können zu einem
Verdrängungswerkzeug für mehrere oder alle Nuten zusammengefasst sein, wobei in dieser Anmeldung davon unabhängig und allgemeingültig das Wort Verdrängungswerkzeug für alle denkbaren Typen verwendet wird. Über die Lehre der EP 1 543 315 A1 hinaus wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, zusätzlich zwei Stirnflächen von Komponenten von Elektromaschinen, in die die Enden von Nuten für Wicklungen auslaufen, mit einer Deckschicht aus ebenfalls
fließfähigem Material zu beschichten. Dies findet vorzugsweise während desselben Herstellungsprozesses statt, in dem auch die Isolierung auf dem Nuteninneren hergestellt wird. Ein Vorteil ist, dass eine bewickelte Komponente durch die jeweilige Deckschicht auch gegenüber einem Wickelkopf isoliert wird, in welchem eine Wicklung von einer Nut zu einer anderen verläuft, wobei sich der
Wickelkopf meist nahe der Stirnwand der Komponente befindet. Dies trifft auf beide Stirnseiten der Komponente zu, in die die beiden entgegengesetzten Enden der Nuten münden, und die daher auch als Endflächen bezeichnet werden. Zur Herstellung der Deckschichten wird jeweils mindestens ein
Hohlraum vorgesehen, der in einem Urformwerkzeug an zwei Stellen angeordnet ist, die an die Endflächen angrenzen, vorzugsweise in einem für die Erzeugung der Isolierungen im Nutinneren mit Verdrängungswerkzeugen modifizierten Spritzgusswerkzeug. Die Verdrängungswerkzeuge können von der Form des Nutinneren abweichen, beispielsweise um Verstärkungen oder Dünnstellen in der Isolierung zu realisieren. Insbesondere ist das Herstellverfahren ein modifiziertes
Spritzgussverfahren. Beispielsweise kann es auf einer umgerüsteten
Spritzgussmaschine realisiert werden.
Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
In einer Ausführungsform wird ein Herstellverfahren vorgeschlagen, bei dem wenigstens eine Nutisolierung und eine Deckschicht auf den Endflächen zusammenhängend hergestellt werden. Dazu ist der Hohlraum, mit dem die Deckschicht hergestellt wird, mit wenigstens einem der Spalte verbunden, die beim Verdrängen mit dem Verdrängungswerkzeug zwischen der
Außenoberfläche des Verdrängungswerkzeugs und der Nutinnenfläche entstehen. Vorteil einer solchen Herstellung ist, dass das urformbare
Isoliermaterial zu Beginn des Herstellprozesses dem Hohlraum und dem
Nutinneren zugleich zugeführt werden kann. Dies ermöglicht einfache
Werkzeuge und eine unaufwendige Herstellung beider Komponenten. Zusätzlich können weitere Schritte entfallen, die für ein nachträgliches Aufbringen der Deckschicht notwendig wären.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Hohlraum so ausgebildet, dass er in dem Urformwerkzeug an der Stirnfläche von wenigstens einem Steg angeordnet ist, der sich zwischen zwei Nuten mit der Isolierung befindet. Auf diese Weise kann ein Teil der Endfläche an dem Steg, insbesondere einschließlich dessen
Polschuh, mit einer Deckschicht versehen werden. An dieser Stelle treten viele Windungen der Wicklung aus den Nuten aus, gehen in den Wickelkopf über und sind so dem Kernmaterial der Komponente nah, so dass hier eine besonders hohe Gefahr für einen Kurzschluss vorliegt. Das Vorsehen eine Deckschicht ist daher an dieser Stelle besonders vorteilhaft.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Bereich der Endfläche mit einer Deckschicht versehen, welcher sich in der Tiefenrichtung der Nut von einer Kante eines Nutgrundes aus erstreckt. Auch in diesem Bereich treten typsicherweise viele Windungen der Wicklungen aus der Nut aus, so dass hier eine Deckschicht sehr vorteilhaft ist. Besonders bevorzugt verbindet der genannte Abschnitt der Deckschicht zudem zwei oder mehr Deckschichtabschnitte auf Stirnflächen von Stegen zwischen Nuten. Zur Herstellung der genannten Deckschichten wird der Hohlraum entsprechend ausgebildet.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Deckschicht mit einer größeren Dicke hergestellt, als die Isolierungen in den Nuten. Dies hat den Vorteil, dass eine Verrundung am Übergang der Endfläche in eine Nut innerhalb der Deckschicht mit einem Radius möglich ist, der größer ist, als er nur in der Isolierung möglich wäre. Da die Dicke der Deckschicht auf den Endflächen im Gegensatz zu der
Dicke der Nutisolierrungen für den elektrischen Füllfaktor nicht relevant ist, kann die Deckschicht dicker als die Isolierungen ausgeführt werden, was Vorteile für deren Robustheit hat.
In einer weiteren Ausführungsform wird vorgeschlagen, den Übergang der Endflächen in die Nuten zu verrunden. Diese Verrundung kann in der
Deckschicht, in der Isolierung der Nuten und/oder denkbarerweise zum Teil auch in dem Material der Komponente verlaufen. Besonders bevorzugt verläuft die Verrundung jedoch ausschließlich in der Deckschicht. Die Verrundung verläuft bevorzugt nur in Isoliermaterial. Dann ist sie durch Urformen leicht herstellbar, indem das Urformwerkzeug an der entsprechenden Stelle ebenfalls
entsprechend verrundet ist. Die Verrundung ist zum Einziehen der Wicklungen in die Nuten vorteilhaft, und/oder um zu verhindern, dass scharfe Kanten an den Nutenden beim Betrieb einer elektrischen Maschine die Isolierung der Drähte beschädigen und Kurzschlüsse verursachen.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Herstellvorrichtung für die Isolierung und die Deckschicht vorgeschlagen, mittels welcher eines der vorstehend beschriebenen Verfahren durchführbar ist. Beispielsweise kann eine Spritzgussmaschine verwendet werden, in der zusätzlich zur Zuführung von urformbarem Material ein Verdrängungswerkzeug bewegt werden kann.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Komponente einer elektrischen Maschine vorgeschlagen, welche Nuten zur Aufnahme von Wicklungen aufweist und welche über den Stand der Technik hinaus an den beiden Endflächen, in welche die Nuten auslaufen, jeweils eine Deckschicht aufweist. Es ergeben sich die vorstehend diskutierten Vorteile. Besonders bevorzugt wird für die
Deckschicht und die Isolierung dasselbe Material verwendet.
In einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass wenigstens eine der Deckschichten mit wenigstens einer der Isolierschichten verbunden ist, vorzugsweise beide Deckschichten mit allen Nutisolierungen. In dieser
Ausführungsform ergibt sich eine Beschichtung beider Flächen an der Kante zwischen der Endfläche und der Nutinnenfläche, was für den Schutz der Drähte der Wicklungen besonders vorteilhaft ist. In einer weiteren Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Deckschicht auch den Teil der Endfläche bedeckt, der die Stirnfläche eines Stegs bildet. Es ergeben sich die oben beschriebenen Vorteile.
In einer weiteren Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Deckschicht dicker als die Isolierungen ist. Es ergeben sich die oben beschriebenen Vorteile.
In einer weiteren Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass der Übergang von der Endfläche in die Nut verrundet ausgeführt wird. Es ergeben sich die oben beschriebenen Vorteile.
In einer weiteren Ausführungsform wird eine Komponente vorgeschlagen, deren Deckschichten und Nutisolierungen nach einem der vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt sind.
Unabhängig von den beschriebenen Aspekten und Ausführungsformen der Erfindung kommen bevorzugt folgende Kunststoffe in Frage: Polyamid (PA), Polybutylenterephtalat (PBT), Polycarbonat (PC), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyoxymethylen (POM), Polyphenylensulfid (PPS), und/oder
Polyphenylenether (PPE).
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 perspektivisch eine schematische Darstellung eines Teils einer
Komponente für eine elektrische Maschine mit einer Nutisolierung und einer Deckschicht nach der Erfindung,
Figur 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus der Figur 1 in einer anderen
perspektivischen Darstellung,
Figur 3 perspektivisch einen stark vergrößerten Schnitt durch die
Komponente aus Figur 1 , bei dem eine Endfläche sowie die Nutisolierung und die Deckschicht gezeigt sind, Figur 4 eine perspektivische Darstellung eines Schnitts durch die
Nutisolierung und eine Deckschicht ohne die Komponente,
Figur 5 eine perspektivische Darstellung der Nutisolierung und der
Deckschicht ohne die Komponente, wobei zwei Deckschichten gezeigt sind, und
Figur 6 eine perspektivische Ansicht der Komponente einschließlich einer
Wicklung, wobei eine Deckschicht zwischen einem Wickelkopf und einem Blechpaket der Komponente gezeigt ist.
Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Komponente 1 für eine elektrische Maschine, hier einen Stator eines Elektromotors, der Nuten 2 und dazwischen befindliche Stegen 3 aufweist. Auf die Innenflächen der Nuten 2 ist eine Nutisolierung 4 und auf die Stirnflächen der Stege 3 eine Deckschicht 5 nach der Erfindung aufgebracht. Die Deckschicht 5 ist auf einer Endfläche 6 der Komponente 1 angeordnet, wobei die zu der Endfläche 6 gerichteten Enden der Nuten 2 in der Endfläche 6 liegen. Die Stege 3 weisen an ihren zum Inneren des Stators gerichteten Enden jeweils Polschuhe 7 auf. Die Polschuhe 7 sind jeweils auf ihren Seiten, die zum Inneren der Nuten 2 gerichtet sind, mit der Isolierung 4 beschichtet.
Figur 2 zeigt vergrößert einen Ausschnitt aus der Komponente 1 . Die Merkmale, die auch Figur 1 zeigt, sind mit denselben Bezugsziffern bezeichnet und werden nicht noch einmal gesondert erläutert; es sei auf Figur 1 verwiesen. In der Figur 2 ist zu erkennen, dass die Polschuhe 7 jeweils auf ihren zum Nutinneren gerichteten Seiten mit der Nutisolierung 4 beschichtet sind. Außerdem ist erkennbar, dass am Übergang von der Endfläche 6, welche auch die Stirnflächen der Stege 3 umfasst, in die Nuten 2 jeweils eine Verrundung 8 angeordnet ist, vorzugsweise entlang der gesamten Kanten. Dies erleichtert das Einziehen von Wicklungen, verhindert ein zu scharfkantiges Abknicken der Drähte beim
Umbiegen zum Herstellen des Wickelkopfes und schont die Isolierung der Drähte am Austritt aus den Nuten in den Wickelkopf, zum Beispiel bei Vibrationen. Es ist deutlich zu erkennen, dass die Deckschicht 5 an den Stirnseiten der Stege 3 dieselbe Kontur aufweist wie die Stirnflächen der Stege 3 selbst.
Figur 3 zeigt perspektivisch einen Querschnitt durch die Komponente 1 in einer noch stärkeren Vergrößerung als in Figur 2. Gleiche Merkmale sind mit gleichen
Bezugsziffern bezeichnet und werden nicht noch einmal gesondert beschrieben. Es sei auf die vorangehenden Ausführungen verwiesen. In der Figur 3 sind die Isolierung 4 und die Deckschicht 5 im Querschnitt zu erkennen. Die Isolierung 4 verläuft in Längsrichtung der Nuten 2 bzw. der Stege 3. Die Nutisolierung 4 bedeckt die Innenseiten der Nuten 2 einschließlich der zum Nutinneren gerichteten Seiten der Polschuhe 7. Die Deckschicht 5 erstreckt sich in der Ebene der Endfläche 6. Dabei überdeckt sie auch die Stirnfläche der Polschuhe bis zu deren radial am weitesten nach innen gerichteten Ende. Die Verrundungen 8 am Übergang von der Endfläche 6 in die Nuten 2 liegen innerhalb der
Deckschicht 5. Die Verrundungen 8 liegen somit erhöht über der Endfläche 6 der
Komponente 1 .
Figur 4 zeigt ausschließlich die Nutisolierungen 4 der Nuten 2 sowie eine der Deckschichten 5 in perspektivischer Darstellung, wobei die Isolierungen 4 in einer Ebene parallel zu der Deckschicht 5 geschnitten und nur teilweise dargestellt sind. Die Komponente 1 ist nicht gezeigt, sondern ausschließlich Isoliermaterial. Die Deckschicht 5 ist im Wesentlichen kreisringförmig gestaltet und umfasst an ihrer Ringinnenseite Konturen von Stegen 3. Zwischen diesen Konturen von Stegen 3 sind Aussparungen für die Nuten 2 angeordnet. Die von den Nutgründen in radialer Richtung nach außen liegenden Abschnitte der
Deckschicht 5 verbinden die Konturen von Stegen 3. Die radiale Außenkontur der Deckschicht 5 bildet einen geschlossenen Kreis. Die Nutisolierungen 2 sind im Wesentlichen als U-förmiges Profil ausgebildet. Sie weisen einen Schlitz in ihrer Längsrichtung auf, zu dessen bei den Seiten Abschnitte zur Isolation der
Polschuhe 7 angeordnet sind und auf den Schlitz zu verlaufen.
Die Figur 5 zeigt die Nutisolierungen 4 sowie zwei Deckschichten 5, die jeweils an einem Ende in Längsrichtung der Isolierungen 4 angeordnet sind. Die
Komponente 1 oder Wicklungen sind nicht dargestellt. Somit ist ausschließlich Isoliermaterial gezeigt. Die Deckschichten 5 sind jeweils an den stirnseitigen
Enden der Nutisolierungen 4 angeordnet und mit ihnen stoffschlüssig verbunden. Figur 6 zeigt in einer perspektivischen Ansicht die Komponente 1 in einer Ausführungsform mit einem Wickelkopf 9. Zwischen dem Wickelkopf 9 und einer Stirnfläche 6 der Komponente 1 ist die Deckschicht 5 angeordnet. Diese schützt den Wickelkopf 9 vor Kurzschlüssen mit der Komponente 1 .

Claims

Verfahren zum Herstellen von Nutisolierungen (4) für eine oder mehrere Nuten (2) zum Einlegen je einer Wicklung einer elektromagnetischen Komponente (1 ), wobei die Nutisolierung (4) aus urformbarem
Isoliermaterial hergestellt wird, indem die Nut (2) zumindest teilweise mit dem Isoliermaterial gefüllt wird, woraufhin das Isoliermaterial durch
Einführen eines oder mehrerer Verdrängungswerkzeuge in die Nut (2) teilweise aus der Nut (2) verdrängt wird, wobei das Verdrängungswerkzeug zum Einführen in die Nut (2) eine vorgesehene Außenoberfläche aufweist, die derart gestaltet ist, dass zwischen dieser Außenoberfläche und einer Innenfläche der Nut (2) ein Spalt vorliegt, in dem sich nach dem
Verdrängen Isoliermaterial befindet, welches nach Abschluss des
Herstellverfahrens die Nutisolierung (4) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass auf zwei Endflächen (6) der Komponente (1 ), an denen jeweils ein Ende der Nuten (2) endet, jeweils eine Deckschicht (5) aus urformbarem Isoliermaterial hergestellt wird, indem in einem Urformwerkzeug für die Deckschichten (5) an den Endflächen (6) jeweils mindestens ein Hohlraum vorgesehen wird, der mit urformbarem Isoliermaterial gefüllt wird, um die Deckschichten (5) darin zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Deckschichten (5) mit den Nutisolierungen (4) verbunden hergestellt werden, indem in dem Urformwerkzeug der Hohlraum mit einem oder mehreren der Spalte verbunden ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Kontur wenigstens eines Abschnitts der
Deckschicht (5) mittels einer geeigneten Form des Hohlraums derart hergestellt wird, dass sie wenigstens näherungsweise die Kontur einer Stirnfläche eines Stegs (3) aufweist, die in der Endfläche (6) zwischen zwei Nuten (2) angeordnet ist. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Deckschicht (5) mittels einer geeigneten Form des Hohlraums derart hergestellt wird, dass die Deckschicht (5) sich auf wenigstens einer Endfläche (8) von einem Nutgrund (10) ausgehend von der Nut (2) weg erstreckt, wobei sie insbesondere wenigstens zwei auf einem Steg (3) angeordnete Abschnitte der Deckschicht (5) miteinander verbindet.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Deckschicht (5) dicker als die Nutisolierungen (4) hergestellt wird, indem der Hohlraum für die Deckschicht (5) höher als eine Dicke der Spalte für die Nutisolierungen (4) ausbildet ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass an einer Kante an einer Außenoberfläche einer Deckschicht (5) am Übergang zu einer Aussparung der Deckschicht (5), an der die Deckschicht in eine Nut (2) übergeht, eine Verrundung (8) hergestellt wird, insbesondere, indem der Hohlraum an der entsprechenden Stelle eine komplementäre Verrundung aufweist.
Herstellvorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Elektromagnetische Komponente (1 ) einer elektrischen Maschine mit einer oder mehreren Nuten (2) zum Einlegen von Wicklungen, wobei in der Nut (2) eine Nutisolierung (4) an einer Nutinnenfläche für die jeweils
einzulegende Wicklung angeordnet ist, wobei die Nutisolierung (4) bei ihrer Herstellung urformbares und nach ihrer Herstellung erhärtetes
Isoliermaterial umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (1 ) auf zwei Endflächen (6), in denen jeweils ein Ende der Nut (2) endet, jeweils eine Deckschicht (5) aus bei ihrer Herstellung urformbarem und nach ihrer Herstellung erhärtetem Isoliermaterial aufweist.
9. Komponente nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
Deckschichten (5) mit den Nutisolierungen (4) verbunden sind.
10. Komponente nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur wenigstens eines Abschnitts der Deckschicht (5) wenigstens näherungsweise einer Kontur eines Stegs (3) zwischen zwei Nuten (2) folgt.
1 1 . Komponente nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Abschnitt der Deckschicht (5) auf wenigstens einer Endfläche (6) von einem Nutgrund (10) einer Nut (2) ausgehend von der Nut (2) weg erstreckt, wobei durch den Abschnitt der Deckschicht (5) insbesondere zwei Bereiche der Deckschicht (5), die jeweils auf einer Stirnfläche eines Stegs (3) zwischen zwei Nuten (2) angeordnet sind, verbunden sind.
12. Komponente nach einem der Ansprüche 8 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Deckschicht (5) dicker als zumindest eine der Isolierungen (4) ist.
13. Komponente nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kante am Übergang einer Außenfläche einer Deckschicht (5) zu einer Aussparung der Deckschicht (5), an der die Deckschicht in eine Nut (2) übergeht, mit einer Verrundung (8) ausgeführt ist.
14. Komponente nach einem der Ansprüche 8 bis 13, deren Nutisolierungen (4) und deren Deckschichten (5) durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellt sind.
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