WO2019227116A1 - Elektrischer leiter zur verwendung in elektrischen maschinen - Google Patents

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WO2019227116A1
WO2019227116A1 PCT/AT2019/060178 AT2019060178W WO2019227116A1 WO 2019227116 A1 WO2019227116 A1 WO 2019227116A1 AT 2019060178 W AT2019060178 W AT 2019060178W WO 2019227116 A1 WO2019227116 A1 WO 2019227116A1
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electrical conductor
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conductor
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Andreas EILENBERGER
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Miba Aktiengesellschaft
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/18—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
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    • H—ELECTRICITY
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/30—Windings characterised by the insulating material
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to an electrical conductor for use in electrical machines, in particular for the production of windings for stators or rotors of electrical machines such as electric motors or generators Ma.
  • electrical conductors for guiding electrical current may be arranged in different ways in an electrical machine.
  • electrical conductors are arranged in electrical Ma chine in the form of coils or windings, the latter for example in the case of a conventional stator or rotor of a generator or electric motor.
  • the isolation of the electrical conductors by means of a deposited on the electrical rule conductor lacquer layer and a resin-impregnated insulation paper is a very common method to meet the insulation requirements for electrical conductors in electrical Ma chines.
  • the application of a paint layer having a thickness of several tens of pm to several hundreds of pm on an electric conductor requires curing of the like is often performed in an oven and is both time, energy and also costly.
  • the introduction of the resin-impregnated insulation paper and the subsequent subsequent insertion of the electrical conductors for example, in grooves of a stator or rotor of an electric machine with high technical complexity.
  • EP3043355A1 Another way to achieve sufficient isolation is disclosed in EP3043355A1.
  • electrical conductors are described with a multi-layer insulating layer, which have a urethane-containing, thermosetting, paint as an adhesive layer to a submit on distinguished thermoplastic.
  • the lacquer layer must be cured before further processing in an oven before the second layer or top layer can be applied, which is associated with increased processing costs.
  • US2015243410A1 describes the problem that an insulating layer on electrical Lei tern of several thermosetting lacquer layers with increasing number of lacquer layers leads to reduced adhesion between the individual lacquer layers and also Blasenbil tion can occur.
  • curing of the basecoat layer is also required, which in turn is associated with a high process cost.
  • electrical machines generally require compactness and nevertheless the highest possible performance.
  • performance or the efficiency of electrical Machines strongly depend on the number of electrical conductors used or their packing density.
  • Object of the present invention was to overcome the remaining disadvantages of the prior art and to provide an electrical conductor available, which has a sufficiently good insulation against other electrical conductors and other, in particular conductive components of an electrical machine with a space-saving as possible Arrangement of the electrical conductor combined in an electrical machine, in particular a particularly high Lüllabel on electrical conductors in an electric Ma machine allows. Furthermore, it was an object of the present invention to provide an electrical or electrical electrical winding consisting of one or more appropriately formed from, electrical conductor (s) and a stator with one or more appropriately trained electrical conductor (s)monyzu.
  • the object of the invention is achieved on the one hand by an electrical conductor according to the entitlements.
  • the electrical conductor according to the invention is suitable for use in electrical machines, in particular for the production of windings for stators of electrical machines such as electric motors or generators.
  • the electrical conductor comprises an electrically conductive conductor core with a substantially rectangular cross-section and with a continuous conductor core cross section.
  • the conductor core has two oppositely disposed longitudinal end faces and two oppositely disposed transverse stop surfaces and a total longitudinal extent between a first end and a second end of the conductor core.
  • the overall longitudinal extension can be kept very short, depending on the application, for example in the absence of welding several electrical conductors to form a winding, but a conductor core can also have a large overall longitudinal extent for other applications.
  • the ladder core along its entire longitudinal extent does not have to show a straight-line course, but the ladder core along its entire longitudinal extent between the first and second end may well, depending on the application, for example, Bie conditions or have a partially curved course.
  • the electrical conductor further comprises at least one insulation layer. This insula onstik is fully disposed at least over a majority of the total longitudinal extent of the conductor core around the Porterkem or completely surrounds the conductor core in cross section.
  • the at least one insulating layer consists predominantly of an extrudable, polyme ren, thermoplastic material selected from the group of aromatic polysulfones (PAES) or mixtures of aromatic polysulfones (PAES).
  • PAES aromatic polysulfones
  • PAES mixtures of aromatic polysulfones
  • the insulating layer may also comprise other constituents, such as additives customary in thermoplastic polymers. Furthermore, it goes without saying that, for example, even small amounts of manufacturing and / or processing-related soiling may be present in the insulation layer.
  • Such configured electrical conductors can advantageously be particularly space-saving in electrical machines, for example, provided for receiving the electrical conductor grooves of a stator, and still have a sufficient Isolationswir effect against other electrical conductors and / or other, in particular electrical conductive components of an electric machine , For example, the groove walls of a stator.
  • the necessary insulation properties can already be achieved with an insulating layer with such formed electrical conductors.
  • the at least one insulation layer can be made by direct application to the conductor core, wherein as will be explained in more detail below, the orders of the insulation layer is preferably carried out by extrusion on the conductor core.
  • the conductor core can, as stated in cross-section, have a substantially rectangular shape, with rounded edges being usual and also preferred in the case of such conductor edges.
  • Another advantage is that so configured electrical conductors are fast, comfortable and safe to arrange or introduce into an electrical machine, especially since no additional insulation element, such as insulation paper must be provided.
  • the at least one insulation layer can be chosen very slim overall in the specified selection of polymeric material, so that a very high packing density of current-conducting or conductive core cores, which are usually formed by copper, can be achieved. It has been found that this design criterion, also referred to as "copper fill factor", allows an increase in the efficiency of an electric machine, for example a stator, without sacrificing the insulation properties.
  • the security against damage during insertion of the electrical rule's conductor in the laminated core or even in any subsequent bending operations, such as to form windings or coils can be positively influenced.
  • the at least one Iso lations Mrs can be chosen to be particularly slim.
  • the at least one insulating layer with a relatively small layer thickness can be applied to the core core, without having to accept losses in the insulation properties.
  • the relative permittivity is often referred to as the dielectric constant.
  • the material from which the at least one Iso lationstik consists, a glass transition temperature greater than 160 ° C, preferably greater than 170 ° C, in particular greater than 180 ° C.
  • a material for the at least one insulation layer can be selected, wel Ches on the one hand remains dimensionally stable up to high temperatures under operating conditions of an electric Ma, but at the same time without too much energy expenditure ge can be made malleable.
  • wel Ches on the one hand remains dimensionally stable up to high temperatures under operating conditions of an electric Ma, but at the same time without too much energy expenditure ge can be made malleable.
  • the at least one insulating layer consists of a material with a heat deflection temperature according to ISO 75-1, -2, -3, Method A of at least 170 ° C.
  • the insulating layer may consist of a material having a heat deflection temperature according to ISO 75-1, -2, -3, Method A of at least 180 ° C.
  • the heat resistance according to ISO-l, -2, -3 is also referred to as HDT value (Heat Deflection Temperature or Heat Distortion temperature), in the specific case, the heat distortion temperature as HDT-A value (method A, Be load of the sample with 1.8 N / mm 2 ).
  • the at least one insulation layer has a dielectric strength according to IEC 60243-1 of at least 28 kV / mm at a layer thickness of less than 500 ⁇ m.
  • electrical conductors can be provided, by means of which during operation of an electrical machine, in particular unwanted voltage breakdowns, such as arcing or sparking, or short circuits between individual electrical conductors and / or between electrical conductors and other components of electrical machinery in the loading operation of the electrical machines, so when acted upon by electrical voltage or electric current, electrical Portererkemen, can be obstructed.
  • the at least one insulating layer of the electrical conductor consists predominantly of polysulfone (PSU), polyethersulfone (PES or PESU) or polyphenylene sulfone (PPSU), or mixtures of these aromatic polysulfones (PAES)
  • PSU polysulfone
  • PES polyethersulfone
  • PPSU polyphenylene sulfone
  • PAES aromatic polysulfones
  • PES or PESU polyethersulfone having the basic structure
  • the at least one insulating layer in the region of the transverse stop surfaces may have a layer thickness which is 2 to 8 times the layer thickness of the at least one insulating layer in the region of the longitudinal end faces.
  • This embodiment of the at least one insulation layer offers above all advantages in the case of an arrangement of a plurality of electrical conductors directly adjacent to one another, for example in a receiving groove for a plurality of electrical conductors in a laminated core of a stator of an electrical machine. It has surprisingly been found that an insulation between adjacent electrical conductors, ie a respective insulation at the L Lucassstirnflves surfaces of the conductor core can be chosen comparatively slim, so that a high Pa ckungs Why the electrical conductors, for example in receiving grooves of a laminated core of a stator can be achieved. As a result, ultimately, the efficiency of an electrical machine, such as a stator can be further increased.
  • a layer thickness of the at least one insulating layer in the region of the longitudinal stop surfaces may be, for example, 10 ⁇ m to 100 ⁇ m, accordingly, a layer thickness of the at least one insulating layer in the region of the transverse stop surfaces may be 50 ⁇ m pm to 500 pm.
  • the at least one insulating layer has an overall cross-sectional area which is 0.1 times to 0.18 times the total cross-sectional area of the conductor core.
  • At least one insulating layer With such a relatively small total cross-sectional area of the at least one insulating layer, a sufficient insulating effect can still be achieved in the operation of electrical machines.
  • the proportion of actually electrically conductive material in the form of Portererkems, for example, copper, in relation to this ineffective, at least one insulating layer are gestei siege, and thus a more efficient electric machine with further improved Me tall- or copper fill factor provided become.
  • An overall cross-sectional area of a typical, substantially rectangular fusing core for electrical machines may be 4 mm 2 to 10 mm 2 , for example.
  • a total cross-sectional area of the at least one insulating layer can be, for example, 0.6 mm 2 to 1.5 mm 2 .
  • the electrical conductor can be hen vorgese that the at least one insulating layer is brought up by extrusion on the Leitererkem.
  • the at least one insulation layer is completely encased by a support layer, that is to say that this support layer completely surrounds the at least one insulation layer in cross-section.
  • the support layer can be applied to the at least one insulation layer in a completely covering manner at all points at which the at least one insulation layer is applied to the conductor core.
  • Such a support layer may be formed in particular by a high temperature stable, polymeric material Ma, and thereby an improved stability of at least one Isolati ons slaughter even at continuously high operating temperatures of an electric machine be acts.
  • Such a support layer can also be formed as an electrical insulation layer or consist of an electrically insulating material, whereby a further improved insulation effect can be provided.
  • any voids in the underlying, at least one insulation layer by application of such a support layer can be compensated, so that a further improved reliability is possible.
  • the support layer of the electrical conductor may preferably consist predominantly of an extrudable, polymeric, thermoplastic material selected from the group of aromatic polysulfones (PAES) or polyaryl ether ketones (PAEK), or of mixtures of these materials.
  • PAES aromatic polysulfones
  • PAEK polyaryl ether ketones
  • the specified materials have been found to be well suited for a support layer, as they have favorable properties such as dimensional stability combined even at high temperatures and good Isolati onsrial even at low film thicknesses.
  • the support layer may consist predominantly of polysulfone (PSET), polyether sulfone (PES or PESU), polyphenylene sulfone (PPSU) or polyaryl ether ketones (PAEK), or mixtures of these thermoplastic polymers.
  • PSET polysulfone
  • PES polyether sulfone
  • PPSU polyphenylene sulfone
  • PAEK polyaryl ether ketones
  • the insulating layer can be predominantly polysulfone (PSU) with the basic structure
  • PES or PESU polyethersulfone having the basic structure
  • PAEK polyaryletherketone
  • the specified materials have proven to be particularly suitable for forming a support layer, since there are good properties in terms of stability and additional electrical insulation effect even at very low layer thickness of such a configured support layer.
  • the support layer can thus be effective as an additional, electrical insulation layer.
  • a specific layer structure can basically be varied depending on the requirement profile for an electric machine, for example, depending on the intended A set or operating temperature.
  • a conductor core in an electrical conductor which is provided for continuous operating temperatures up to 180 ° C., can be encased with an insulation layer predominantly consisting of polysulfone (PSET), or the at least one insulation layer in such an electrical conductor consist of polysulfone (PSU).
  • PSET polysulfone
  • PSU polysulfone
  • the backing layer of such an electrical conductor may consist predominantly of polysulfone (PSU), polyethersulfone (PES or PESU) or polyphenylene sulfone (PPSU).
  • a conductor core in an electrical conductor which is intended for continuous operating temperatures up to 200 ° C, for example, with an insulating layer predominantly be standing polyethersulfone (PES or PESU) or polyphenylene sulfone (PPSU) be sheathed, or may be at least one insulating layer in such an electrical conductor of polyethersulfone (PES or PESU) or polyphenylene sulfone (PPSU) exist.
  • PES or PESU polyethersulfone
  • PPSU polyphenylene sulfone
  • the support layer of such an electrical conductor can predominantly also consist of polyethersulfone (PES or PESU) or polyphenylene sulfone (PPSU), preferably in the case a predominantly made of polyphenylene sulfone (PPSU) insulation layer, the support layer consists mainly of polyethersulfone (PES or PESU).
  • PES or PESU polyethersulfone
  • PPSU polyphenylene sulfone
  • a conductor core in an electrical conductor which is intended for continuous operating temperatures up to 220 ° C, can preferably be coated with an insulating layer predominantly existing polyether sulfone (PES or PESET), or the at least one insulating layer in such, electrical Conductor made of polyethersulfone (PES or PESU).
  • the support layer of such an electrical conductor may preferably consist predominantly of polyaryletherketone (PAEK).
  • the electrical conductor may also be an embodiment in which the support layer consists of a material having an elongation at break according to ISO 527-1, -2 of 50% or more.
  • the support layer can be provided for an electrical machine be particularly high reliability, since the probability of damage to the support layer and in particular the underlying, at least one Isolati ons Mrs can be minimized as far as possible.
  • the support layer may have an elongation at break according to ISO 527-1, -2 of 55% or more, in particular of 60% or more.
  • the support layer consists of a material having a heat deflection temperature according to ISO 75-1, -2, -3, Method A of at least 170 ° C.
  • the support layer of a material having a heat distortion temperature according to ISO 75-1, -2, -3, A method A of at least 180 ° C consist.
  • the heat resistance according to ISO-l, -2, -3 is also referred to as HDT value (Heat Deflection Temperature or Heat Distortion temperature), in the specific case, the heat resistance can also as HDT-A value (method A, load of Sample with 1.8 N / mm 2 ).
  • a layer thickness of the support layer may be substantially uniform around the at least one insulation layer and may be 0.6 times to 1.0 times a layer thickness of the at least one insulation layer in the region of the longitudinal end faces.
  • a layer thickness of at least one insulating layer in the region of the longitudinal end faces can be, for example, 10 ⁇ m to 100 ⁇ m. Accordingly, a substantially uniform layer thickness of the support layer around the at least one insulation layer may be, for example, 6 pm to 100 pm.
  • the support layer has an overall cross-sectional area which amounts to 0.22 times to 0.35 times a total cross-sectional area of the at least one insulation layer.
  • an electrical conductor can be provided, which can be arranged on the one hand very space-saving in an electrical and allows a high Lülliety to electrically conductive material, and yet sufficient stability for the loading operation of an electric machine allows.
  • the support layer is applied by extrusion to the at least one insulation layer.
  • the support layer may be applied by means of a separate extrusion step to an at least one insulation layer already applied or extruded onto the conductor.
  • the core by means of co-extrusion with the at least one insulation layer and the support layer or to encase, so that the at least one Isola tion layer and the support layer are applied in a common extrusion step on theêtkem.
  • the object of the invention is also achieved by an electrical winding for an electrical cal machine, in particular a stator of a generator or electric motor.
  • an electrical winding for an electrical cal machine in particular a stator of a generator or electric motor.
  • the winding of one or more interconnected, above descriptions NEN, electrical conductor (s) is made.
  • the electrical or electrical engineering winding can be produced by welding end pieces of a plurality of suitably shaped electrical conductors, or else the winding can also be made of a continuous, suitably shaped, electrical conductor.
  • a stator for an electric Ma machine such as a generator or electric motor.
  • the stator in this case comprises a Blechpa ket with several circumferentially about a longitudinal axis of the laminated core and in a longitudinal direction of the laminated core continuously extending grooves, each with at least two recorded in a groove to form an electrical winding, electrical Lei tern.
  • the electrical conductors accommodated in the slots are formed as already described above. This in turn results in advantages which have already been explained with reference to the configuration of the electrical conductors, and is referred to this in turn related to the corresponding points of this description.
  • the respective NEN, electrical conductors received in the grooves are completely encased with the at least one insulation layer at least over an entire longitudinal extent of a respective groove.
  • the electrical conductor at locations which are provided for connec with other electrical conductors, for example by welding, have no insulation or can be at least one insulating layer and, if appropriate, the support layer be removed at such locations from Leitererkem.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of an electrical conductor in perspektivi shear view.
  • Fig. 2 shows a second exemplary embodiment of an electrical conductor in perspekti vischer view
  • Fig. 3 is a sectional view of an embodiment of an electrical conductor
  • Fig. 4 is a further sectional view of an embodiment of an electrical
  • Figure 5 shows an embodiment of a stator of an electric motor with electrical Lei tern.
  • Fig. 6 shows an embodiment of a in a stator of an electric machine to parent, electrical or electrical winding.
  • Fig. 1 and Fig. 2 show purely by way of example two typical geometric embodiments of electrical conductors 1 for use in electrical machines, in particular for the manufacture of windings for stators or rotors of electric machines such as electric motors or generators.
  • electrical conductor 1 has a conductor core 2 with a total longitudinal extent 3 between a first end 4 and a two-th end 5 on.
  • the embodiment shown in Fig. 1 comprises anatikem 2 with a total longitudinal extent 3 with a substantially rectilinear course, while the illustrated in Fig. 2, electrical conductor 1 a total longitudinal extent 2 between a ers th end 4 and a second end of the fifth having curved, in particular U- or V-shaped course.
  • Such electrical conductors are in professional jargon as "hair pins" be distinguished.
  • the total longitudinal extent 3 of the illustrated in Fig. 2, curved or U-för shaped conductor core 2 would correspond in the hypothetical, stretched state of the illustrated in Fig. 2, electrical conductor 1 a total length of the conductor core 2.
  • An overall longitudinal extent 3 of a conductor core 2 is to be understood in particular to mean a longitudinal extent along a neutral fiber of the conductor core 2.
  • a conductor core 2 of an electrical conductor 1 for electrical machines due to the required high conductivity speed is formed by copper.
  • the electrical conductors 1 shown in FIGS. 1 and 2 can usually be provided for receiving in grooves of a laminated core and for forming a winding, as will be explained in more detail below with reference to FIGS. 5 and 6.
  • geometrically differently designed electrical conductors 1 than in FIG. 1 and FIG. 2 illustrated embodiments possible and are differently configured, electrical conductors also quite common.
  • a respective specific embodiment depends here on the respective requirement profile of an electrical conductor 1, ie in the first place after the required or intended arrangement of the electrical conductor 1 in an electrical rule machine.
  • the electrical conductor 1 regardless of its geometric configuration, an electrically conductive conductor core 2 having a substantially rectangular cross-section, said conductor core cross-section is continuously closed in itself.
  • the electrically conductive conductor core 2 has two oppositely arranged Lekssstim lake 6, 7 and two oppositely disposed transverse end faces 8, 9.
  • the substantially rectangular executed Portererkem 2 may have slightly rounded corners, which has proven in practice xis.
  • Such a cross-sectional shape of the conductor core 2 with rounded corners is quite common in the technical field of electrical machines, and are conductor cores 2 with such a cross-section relatively resistant to damage, as well as relatively easily inserted into grooves of a laminated core of a stator for example. Furthermore, any coatings on such executed Portererkemen 2 are relatively resistant to damage, since increased abrasion at sharp transitions is held back.
  • the electrical Lei ter 1 further comprises at least one insulating layer 10, which is arranged around the core core 2 completely, which in cross-section the conductor core 2 so completely sheathed or surrounds.
  • This at least one insulating layer 10 is in this case at least over a predominant part of the total longitudinal extension 3 of the conductor core 2 fully arranged around the Leiterkem 2, as is schematically illustrated in the Lig. 1 and the Lig. 2 veran.
  • at least the parts of the total longitudinal extension 3 of the conductor core 2 which are arranged in the electrical machine in contact or directly adjacent to white direct electrical conductors or other, in particular electrically conductive components of the electrical machine, with the at least one insulating layer 10 different hen.
  • the conductor 1 may have no insulation layer, or may be unnecessary at least one insulating layer 10 at such locations or be removed.
  • the electrical conductor 1 can have no insulation at locations provided for connection to further electrical conductors, for example by welding, or the at least one insulation layer 10 can be removed or removed from the conductor core 2 at such locations, as shown in FIG 1 and Fig. 2 is indicated.
  • the at least one insulating layer 10 consists predominantly of an extrudable, polymeric, thermoplastic material selected from the group of aromatic polysulfones (PAES) or mixtures of aromatic polysulfones (PAES).
  • PAES aromatic polysulfones
  • PAES aromatic polysulfones
  • the term "predominantly" is to be understood as meaning that the at least one insulating layer is predominantly or predominantly proportioned, for example at least 90% by weight, preferably before 95 wt.% Or more of one of the specified, polymeric materials or mixtures thereof.
  • the insulating layer may also comprise other constituents, such as additives customary in thermoplastic polymers.
  • small amounts of production- or processing-related soiling may be present in the insulation layer.
  • At least one insulating layer 10 of the electrical conductor 1 may be made of a material having a relative permittivity of less than 4 at a frequency of 0.1 kHz to 100 kHz and a temperature of -50 ° C to 180 ° C, measured according to IEC 60250.
  • the relative permittivity is often referred to as the dielectric constant or permittivity number, and represents the dimensionless ratio of the permittivity F of a medium or material to the permittivity Fo of the vacuum.
  • the material from which the at least one insulating layer 10 is made a glass transition temperature greater than 160 ° C, preferably greater than 170 ° C and in particular greater than 180 ° C have.
  • softening of the at least one insulating layer 10 can be obstructed even at high operating temperatures or operating temperatures in an electrical machine, wherein in particular the application of the at least one insulating layer 10 to the conductor core 2 is nevertheless effected by a thermoplastic process, such as extrusion can.
  • the at least one insulating layer 10 made of a material having a heat distortion temperature according to ISO 75-1, -2, -3, Method A of at least 170 ° C be available.
  • the insulating layer of a material having a heat resistance temperature according to ISO 75-1, -2, -3, Method A of at least 180 ° C exist.
  • the heat resistance according to ISO-l, -2, -3 is also referred to as HDT value (Heat Deflection Temperature or Heat Distortion temperature), in the concrete case, the heat resistance to deformation as HDT-A value (method A, load of the sample with 1.8 N / mm 2 ).
  • the at least one insulation layer 10 may further have a dielectric strength according to IEC 60243-1 of at least 28 kV / mm at a layer thickness of less than 500 pm.
  • the at least one insulating layer of the electrical conductor may consist predominantly of polysulfone (PSU), polyethersulfone (PES or PESU) or polyphenylene sulfone (PPSU), or mixtures of these aromatic polysulfones (PAES).
  • PSU polysulfone
  • PES polyethersulfone
  • PPSU polyphenylene sulfone
  • PAES aromatic polysulfones
  • the at least one insulating layer 10 can thus predominantly of polysulfone (PSU) with the basic structure
  • PES or PESU polyethersulfone having the basic structure
  • the at least one insulation layer 10 may have a layer thickness 11 in the region of the transverse stop surfaces 8, 9, which is 2 to 8 times the layer thickness 12 of the at least one insulation layer 10 in the region of the longitudinal surface area. is 6, 7.
  • a layer thickness 12 of the at least one insulating layer 10 in the region of the longitudinal stop faces 6, 7 can be, for example, 10 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • a layer thickness 11 of the at least one insulating layer 10 in the region of the transverse stop surfaces 8, 9 can be, for example, 50 ⁇ m to 500 ⁇ m.
  • This Ausure- mnform of the electrical conductor 1 is particularly suitable for an arrangement in an electrical machine, in which electrical conductors 1 are arranged directly adjacent to each other, such as in trained for receiving a plurality of electrical conductors in a laminated core egg nes stator grooves.
  • Such an embodiment for a component of an electric machine will be described in more detail below with reference to FIGS. 5 and 6.
  • the at least one insulating layer 10 may have an overall cross-sectional area 13 which is 0.1 to 0 to 18 times an overall cross-sectional area 14 of the conductor core 2.
  • a total cross-sectional area 13 of the substantially rectangular conductor core 2 for electrical machines may be, for example, 4 mm 2 to 10 mm 2
  • a total cross-sectional area 14 of the at least one insulating layer 10 may be, for example, 0.6 mm 2 to 1.5 mm 2 .
  • the electrical conductor 1 in which the at least one insulating layer 10 is applied to the conductor core 2 by means of extrusion.
  • the at least one insulating layer 10 can be applied, for example by continuous extrusion, to a strand of conductor core unwound, for example, from a roll.
  • Such a conductor core 2 for applying the at least one insulating layer 10 may thus be present in the form of a so-called "endless strand".
  • the at least one insulating layer 10 After cooling the at least one insulating layer 10 after extrusion, such a coated conductor core strand to individual, electrical conductors 1 each with a desired total L josserstre ckung 3 between a first end 4 and a second end 5 isolated, and if necessary reshaped be, as for example in the case of the illustrated in Fig. 2, U- or V-shaped, electrical conductor 1. Furthermore, the at least one insulating layer 10 in the course of further processing of the electrical conductor 1, for example, at certain locations of the electrical conductor 1 are removed from the conductor core 2, such as at locations which are provided for connection to other electrical conductors 1. These are often the ends 4, 5 of the conductor core 2, but, for example, in the case of dargestell in Fig.
  • a texturized insulating layer 10 may have characteristic surface features or patterns, which are naturally recognizable in the extrusion direction as a kind of "extrusion molding".
  • the at least one insulating layer 10 is additionally enveloped in its entirety by a supporting layer 16.
  • a support layer 16 can completely surround the at least one insulation layer 10 in cross-section. This support layer 16 can in this case be applied to the at least one insulation layer 10 at all points along the entire longitudinal extension 3, to which the at least one insulation layer 10 is applied to the conductor core 2, completely enveloping.
  • This support layer 16 may virtue, consist of a high temperature stable, polymeric material, and may act in this case in particular as a further insulating layer in addition to at least one insulating layer 10. Also, any imperfections in the underlying, at least one Isolati ons Mrs 10 by application of such a support layer 16 can be compensated.
  • the support layer preferably consists predominantly of an extrudable, polymeric, thermoplastic material selected from the group of aromatic polysulfones (PAES) or polyaryletherketone (PAEK), or of mixtures of these materials.
  • PAES aromatic polysulfones
  • PAEK polyaryletherketone
  • the support layer 16 may consist predominantly of polysulfone (PSET), polyethersulfone (PES or PESU), polyphenylene sulfone (PPSU) or polyaryletherketone (PAEK), or mixtures of these thermoplastic polymers.
  • the support layer 16 can thus predominantly of polysulfone (PSU) with the basic structure
  • PES or PESU polyethersulfone having the basic structure
  • PAEK polyaryletherketone
  • a specific layer structure can basically be varied depending on the requirement profile for an electric machine, for example, depending on the intended A set or operating temperature.
  • a conductor core 2 in an electrical conductor which is provided for continuous operating temperatures up to 180 ° C, with an insulating layer 10 predominantly best basis of polysulfone (PSET) to be sheathed, or the at least one insulating layer in such, electrical conductor 1 consist of polysulfone (PSU).
  • the support layer 16 of such an electrical conductor 1 may for example consist predominantly of polysulfone (PSU), polyethersulfone (PES or PESU) or polyphenylene sulfone (PPSU).
  • the at least one insulating layer 10 hen in such, electrical rule head of polyether sulfone (PES or PESU) or polyphenylene sulfone (PPSU) best hen.
  • the support layer 16 of such an electrical conductor 1 can predominantly also from Polyethersulfone (PES or PESU) or polyphenylene sulfone (PPSET) exist, wherein preference, in the case of a predominantly polyphenylene sulfone (PPSET) existing insulation layer 10, the support layer 16 consists predominantly of polyethersulfone (PES or PESET).
  • PES or PESU Polyethersulfone
  • PPSET polyphenylene sulfone
  • a conductor core 2 in an electrical conductor 1 which is provided for continuous operating temperatures of up to 220 ° C. can preferably be encased with an insulating layer 10 consisting predominantly of polyethersulfone (PES or PESET), or the at least one insulating layer 10 can be encased in a such electrical conductors made of polyethersulfone (PES or PESET) exist.
  • the support layer 16 of such an electrical conductor 1 may preference, predominantly consist of polyaryletherketone (PAEK).
  • the electrical conductor 1 has proven, in which the support layer 16 made of a material having an elongation at break according to ISO 527-1, - 2 of 50% or more. As a result, in particular the probability of damage damage of the support layer 16 and also the underlying, at least one insulation layer 10 are minimized as far as possible.
  • the support layer 16 may preferably have a breaking elongation according to ISO 527-1, -2 of 55% or more, in particular of 60% or more.
  • the support layer 16 of a material having a heat resistance temperature according to ISO 75-1, -2, -3, method A of at least 170 ° C consists.
  • the support layer of a material having a heat resistance temperature according to ISO 75-1, -2, -3, Method A of at least 180 ° C consist.
  • the heat resistance according to ISO-l, -2, -3 is also known as the HDT value (Heat Deflection Temperature or Heat Distortion Temperature); in this specific case, the heat resistance can also be measured as HDT-A value (method A, load the sample with 1.8 N / mm 2 ).
  • a layer thickness 17 of the support layer 16 can be substantially uniform around the at least one insulation layer 10. Furthermore, the layer thickness 17 of the support layer 16 may be 0.6 times to 1.0 times a layer thickness 12 of the at least one insulation layer 10 in the region of the longitudinal stop surfaces 6. A layer thickness 13 of the at least one insulating layer 10 in the region of the longitudinal end surfaces 6, 7 may for example be 10 pm to 100 pm. A substantially uniform layer thickness 17 of the support layer 16 may be, for example, 6 pm to 100 pm. In addition, the support layer 16 may have an overall cross-sectional area 18, which carries 0.22 to 0.35 times a total cross-sectional area 13 of the at least one insulating layer 10 be.
  • the support layer 16 is applied by extrusion to the at least one insulation layer 10.
  • the support layer 16 may, for example, by means of a separate Extru sion step on an already applied or on the Porterkem 2 extruded, at least one insulation layer 10 may be applied.
  • the conductor core 2 by co-extrusion with the at least one insulating layer 10 and the support layer 16 to verse hen or to coat, so that the at least one insulating layer 10 and the support layer 16 in a common extrusion step on the Leiterkem 2 are applied.
  • ExtmdABLE polymers here have mostly characteristic surface features or structures, which are naturally recognizable in Extmsionsplatz as a kind of "Extmsionsriefen".
  • FIG. 5 shows an embodiment of an arrangement of the electrical conductors 1 in an electrical machine. Shown is a stator 30 for an electric machine, for example, generator or electric motor, in an oblique view.
  • the stator 30 includes a laminated core 19 in which a plurality of grooves 20 in the circumferential direction 21 about a longitudinal axis 24 of the laminated core 19 are arranged distributed.
  • the grooves 20 are formed in the longitudinal direction by 22.
  • a plurality of electrical conductors 1 are shown prior to their connection to an electrical or electrical engineering winding. As can be seen, in the example shown in FIG. 5 according to FIG. 1 formed conductors 1 are arranged. Furthermore, it can be seen by way of example from FIG.
  • a plurality of electrical conductors 1 for forming a coil or winding in the circumferential direction 21 can be bent and electrical conductors 1 which correspond to one another can be connected to one another. It is provided that in each case at least two electrical conductors 1 are accommodated in a groove 20 to form an electrical winding.
  • the grooves 20 of the laminated core 19 may be open in the radial direction 23 in the direction of a longitudinal axis 24 of the stator 30. Such openings may be formed as an air gap 25.
  • the regions of the laminated core 19, which delimit the grooves 20 in the direction of the longitudinal axis 24, may be formed in the circumferential direction 21 as a tooth head 26.
  • the groove bottom 27 is located on the opposite side of the respective groove 20.
  • the grooves 20 may have a wide variety of cross-sectional shapes, with 1 corresponding, rectangular cross sections of the grooves 20 have proven to accommodate electrical conductors.
  • the recorded in the grooves 20, electrical conductors 1 are formed in accordance with the Nursingste starting with reference to FIGS. 1-4 embodiments described.
  • the Jerusalem ren can be provided that the respective recorded in the grooves 20, electrical conductors 1 are vollum initially at least over an entire longitudinal extent 28 of a respective groove 20 with the at least one insulating layer 10 and possibly also with the support layer 16 sheathed.
  • FIG. 6 to illustrate an exemplary use of the electrical conductors 1, a laminated core 19 of a stator 30 is again shown with electrical conductors 1 arranged in grooves 20 of the sheet metal, the electrical conductors 1 being connected here to form an electrical winding 29. welded, for example.
  • electrical conductors 1, which are designed according to FIG. 2 are shown by way of example and connected to one another.
  • the laminated core 19 of the stator 30 and the electrical winding 29 in FIG. 6 only partially shown or only part of the winding 29, so a partial winding shown.
  • Such windings 29 are common in electrical machines, for example electric motors or generators.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Leiter zur Verwendung in elektrischen Maschinen, insbesondere zur Herstellung von Wicklungen für Statoren oder Rotoren von elektrischen Maschinen wie Elektromotoren oder Generatoren. Der Leiter umfasst einen elektrisch leitfähigen Leiterkern mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt und weist zwei gegenüberliegend angeordnete Längsstirnflächen und zwei gegenüberliegend angeordnete Querstirnflächen sowie eine Gesamt-Längserstreckung zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende auf. Der Leiter umfasst außerdem zumindest eine Isolationsschicht, welche wenigstens über einen überwiegenden Teil der Gesamt-Längserstreckung des Leiterkerns vollumfänglich um den Leiterkern angeordnet ist. Die zumindest eine Isolationsschicht besteht überwiegend aus einem extrudierbaren, polymeren, thermoplastischen Material ausgewählt aus der Gruppe aromatischer Polysulfone (PAES) oder Mischungen aus aromatischen Polysulfonen (PAES).

Description

ELEKTRISCHER LEITER ZUR VERWENDUNG IN ELEKTRISCHEN MASCHINEN
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Leiter zur Verwendung in elektrischen Maschinen, insbesondere zur Herstellung von Wicklungen für Statoren oder Rotoren von elektrischen Ma schinen wie Elektromotoren oder Generatoren.
Grundsätzlich sind elektrische Maschinen mit elektrischen Leitern aus dem Stand der Technik wohlbekannt. Als prominente Beispiele seien an dieser Stelle Maschinen zur Erzeugung, Um wandlung oder Umsetzung von elektrischer Energie genannt.
Abhängig von Zweck oder Bauart einer jeweiligen elektrischen Maschine können elektrische Leiter zur Führung von elektrischem Strom in unterschiedlicher Art und Weise in einer elektrischen Maschine angeordnet sein. Häufig werden elektrische Leiter in elektrischen Ma schinen in Form von Spulen oder Wicklungen angeordnet, letzteres beispielsweise im Falle eines üblichen Stators oder Rotors eines Generators oder Elektromotors.
Oftmals werden im Betrieb von elektrischen Maschinen hohe Spannungen induziert bzw. elektrische Maschinen mit hohen Spannungen beaufschlagt und kann es hierbei prinzipiell zur Ausbildung von unerwünschten elektrischen Kontakten zwischen elektrischen Leitern unterei nander oder zwischen elektrischen Leitern und anderen Bestandteilen bzw. insbesondere leit fähigen Komponenten einer elektrischen Maschine, wie etwa einem Blechpaket eines Stators oder Rotors kommen. Um dies zu vermeiden ist es erforderlich, elektrische Leiter gegenei nander sowie zu anderen Komponenten einer elektrischen Maschine hin elektrisch zu isolie ren bzw. möglichst abzuschirmen. Hierzu gibt es einschlägige Normen, wie etwa EN 60664- 1, welche die Ausbildung zumindest einer absolut fehlerfreien Isolationsschicht bzw. einer zweilagigen Isolations Schicht vorschreiben.
In der Vergangenheit stellte die Isolation der elektrischen Leiter mittels einer auf dem elektri schen Leiter abgeschiedenen Lackschicht und einem harzgetränkten Isolationspapier eine sehr gängige Methode dar, die Isolationserfordernisse für elektrische Leiter in elektrischen Ma schinen zu erfüllen. Das Aufbringen einer Lackschicht mit einer Dicke von einigen 10 pm bis einigen 100 pm auf einem elektrischen Leiter erfordert ein Aushärten dergleichen, welches häufig in einem Ofen durchgeführt wird und sowohl zeit-, energie- und auch kostenintensiv ist. Ebenso sind das Einführen des harzgetränkten Isolationspapiers und das daran anschlie ßende Einfügen der elektrischen Leiter zum Beispiel in Nuten eines Stators oder Rotors einer elektrischen Maschine mit hohem technischen Aufwand verbunden.
Eine Alternative wird in der DE102015216840A1 offenbart. Es wird darin ein Stator für eine elektrische Maschine mit elektrischen Leitern beschrieben, welche mittels eines Isolationsele ments gegenüber dem Blechpaket isoliert sind. Das Isolationselement ist dabei aus einem thermoplastischen Schlauchelement gebildet, welches den jeweiligen elektrischen Leiter um schließt bzw. ummantelt. Somit wird anstatt der Verwendung eines Isolationspapiers der Zu sammenbau jedes elektrischen Leiters mit einem dafür vorgesehenen Schlauchelement vor dem Einfügen in die elektrische Maschine erforderlich, was einen signifikanten Prozessauf wand bedeutet.
Eine weitere Möglichkeit zur Erreichung einer ausreichenden Isolation wird in EP3043355A1 offenbart. Hierin werden elektrische Leiter mit einer mehrlagigen Isolierschicht beschrieben, welche einen urethanhaltigen, duroplastischen, Lack als Haftschicht zu einem darauf abge schiedenen thermoplastischen Kunststoff aufweisen. Die Lackschicht muss jedoch vor der Weiterverarbeitung in einem Ofen ausgehärtet werden, bevor die zweite Lage bzw. Top schicht aufgebracht werden kann, was mit erhöhtem Prozessaufwand verbunden ist.
US2015243410A1 beschreibt das Problem, dass eine Isolationsschicht auf elektrischen Lei tern aus mehreren duroplastischen Lackschichten mit zunehmender Anzahl an Lackschichten zu verringerter Haftung zwischen den einzelnen Lackschichten führt und zudem Blasenbil dung auftreten kann. In der US2015243410A1 wird vorgeschlagen eine Isolations Schicht aus einer Mehrlagenschicht aufzubauen, wobei die äußerste Schicht aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht und mittels einer duroplastischen Lackschicht mit dem elektrischen Leiter zu verbinden ist. Hierbei ist jedoch ebenso ein Aushärten der Basislackschicht erforderlich, was wiederum mit einem hohen Prozessaufwand verbunden ist.
Bei elektrischen Maschinen ist zudem in der Regel Kompaktheit und dennoch möglichst hohe Leistungsstärke gefragt. Zudem kann die Leistung bzw. der Wirkungsgrad von elektrischen Maschinen stark von der Anzahl der eingesetzten, elektrischen Leiter bzw. deren Packungs dichte abhängen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die noch vorhandenen Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und einen elektrischen Leiter zur Verfügung zu stellen, welcher eine ausreichend gute Isolation gegenüber weiteren elektrischen Leitern sowie gegenüber anderen, insbesondere leitfähigen Komponenten einer elektrischen Maschine mit einer möglichst platz sparenden Anordnung des elektrischen Leiters in einer elektrischen Maschine kombiniert, ins besondere einen besonders hohen Lüllfaktor an elektrischen Leitern in einer elektrischen Ma schine ermöglicht. Des Weiteren war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektro technische bzw. elektrische Wicklung bestehend aus einem oder mehreren entsprechend aus gebildeten, elektrischen Leiter(n) sowie einen Stator mit einem oder mehreren entsprechend ausgebildeten, elektrischen Leiter(n) bereitzu stellen.
Die Aufgabe der Erfindung wird einerseits durch einen elektrischen Leiter gemäß den An sprüchen gelöst.
Der erfindungsgemäße, elektrische Leiter ist zur Verwendung in elektrischen Maschinen, ins besondere zur Herstellung von Wicklungen für Statoren von elektrischen Maschinen wie Elektromotoren oder Generatoren geeignet.
Der elektrische Leiter umfasst einen elektrisch leitfähigen Leiterkern mit einem im Wesentli chen rechteckigen Querschnitt und mit einem durchgehend geschlossenen Leiterkernquer schnitt. Der Leiterkern weist zwei gegenüberliegend angeordnete Längsstirnflächen und zwei gegenüberliegend angeordnete Querstimflächen sowie eine Gesamt-Längserstreckung zwi schen einem ersten Ende und einem zweiten Ende des Leiterkerns auf. Die Gesamt-Längser- streckung kann hierbei je nach Anwendungsfall sehr kurzgehalten sein, zum Beispiel im Lalle eines Verschweißens mehrerer elektrischer Leite zu einer Wicklung, ein Leiterkem kann aber auch für weitere Anwendungsfälle eine große Gesamt-Längserstreckung aufweisen. Des Wei teren muss der Leiterkern entlang seiner Gesamt-Längserstreckung keinen geradlinigen Ver lauf zeigen, sondern kann der Leiterkem entlang seine Gesamt-Längserstreckung zwischen dem ersten und dem zweiten Ende durchaus je nach Anwendungsfall zum Beispiel auch Bie gungen bzw. einen abschnittsweise gebogenen Verlauf aufweisen. Der elektrische Leiter umfasst des Weiteren zumindest eine Isolations Schicht. Diese Isolati onsschicht ist wenigstens über einen überwiegenden Teil der Gesamt-Längserstreckung des Leiterkerns vollumfänglich um den Leiterkem angeordnet bzw. ummantelt den Leiterkern im Querschnitt vollständig.
Die zumindest eine Isolationsschicht besteht überwiegend aus einem extrudierbaren, polyme ren, thermoplastischen Material ausgewählt aus der Gruppe aromatischer Polysulfone (PAES) oder Mischungen aus aromatischen Polysulfonen (PAES). Hier und im Folgenden ist in Zu sammenhang mit dem Material, aus welchem die zumindest eine Isolations Schicht besteht, un ter dem Begriff„überwiegend“ zu verstehen, dass die zumindest eine Isolationsschicht vor rangig bzw. zu einem überwiegenden Anteil, beispielsweise zu mindestens 90 Gew.%, vor zugsweise 95 Gew.% oder mehr aus einem der angegeben, polymeren Materialien oder deren Mischungen besteht. Zu einem geringen Anteil, beispielsweise höchstens 10 Gew.%, vorzugs weise 5 Gew.% oder weniger kann die Isolationsschicht auch andere Bestandteile, wie etwa bei thermoplastischen Polymeren übliche Additive umfassen. Des Weiteren versteht sich von selbst, dass zum Beispiel auch geringe Mengen an herstellungs- und/oder verarbeitungsbe dingten Verschmutzungen in der Isolationsschicht vorhanden sein können.
Derart ausgestaltete elektrischen Leiter können vorteilhafterweise besonders platzsparend in elektrischen Maschinen, beispielsweise in zur Aufnahme der elektrischen Leiter vorgesehenen Nuten eines Stators angeordnet werden, und weisen trotzdem eine ausreichende Isolationswir kung gegenüber weiteren, elektrischen Leitern und/oder anderen, insbesondere elektrische leitfähigen Bestandteilen einer elektrischen Maschine, beispielsweise den Nutwänden eines Stators auf. Grundsätzlich können mit derart ausgebildeten, elektrischen Leitern die erforder lichen Isolationseigenschaften bereits mit einer Isolations Schicht erzielt werden. Im Prinzip kann die zumindest eine Isolationsschicht hierbei durch direkten Auftrag auf den Leiterkern erfolgen, wobei wie nachstehend noch näher erläutert wird, das Aufträgen der Isolations schicht auf den Leiterkern vorzugsweise durch Extrusion erfolgt. Der Leiterkern kann wie ausgeführt im Querschnitt eine im Wesentlichen rechteckige Form aufweisen, wobei abgerun dete Kanten bei solchen Leiterkemen üblich und auch bevorzugt sind. Von Vorteil ist außerdem, dass derart ausgestaltete, elektrische Leiter schnell, komfortabel und sicher in eine elektrische Maschine anzuordnen bzw. einzuführen sind, zumal kein zu sätzliches Isolationselement, wie etwa ein Isolationspapier vorgesehen werden muss. Übera schenderweise hat sich gezeigt, dass die zumindest eine Isolationsschicht bei der angegebenen Auswahl an polymeren Material insgesamt sehr schlank gewählt werden kann, sodass eine sehr hohe Packungsdichte an stromleitenden bzw. leitfähigen Leiterkernen, welche üblicher weise durch Kupfer gebildet sind, erzielbar ist. Es hat sich gezeigt, dass dieses auch als„Kup fer-Füllfaktor“ bezeichnete Designkriterium eine Steigerung des Wirkungsgrades einer elektrischen Maschine, beispielsweise eines Stators, ohne einer Einbuße der Isolationseigen schaften, erlaubt. Zudem kann die Sicherheit gegen Beschädigung beim Einführen der elektri schen Leiter in das Blechpaket oder auch etwa bei etwaigen nachfolgenden Biegevorgängen, etwa zum Ausbilden von Wicklungen bzw. Spulen, positiv beeinflusst werden kann.
Außerdem ist bei den elektrischen Leitern mit den angegeben, polymeren Materialien für die zumindest eine Isolations Schicht, ein fortwährender Betrieb einer elektrischen Maschine auch bei hohen Temperaturen, beispielsweise bis zu 170 °C, vorzugsweise bis zu 180 °C und insbe sondere bis zu 210 °C bei üblichen Betriebsspannungen, beispielsweise 220 V bis 1400 V ohne Einbußen bei den elektrischen Isolationseigenschaften möglich. Dies trotz der platzspa renden Ausgestaltung, welche eine möglichst dichte und kompakte Anordnung der elektri schen Leiter ermöglicht.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Isolati onsschicht aus einem Material mit einer relativen Permittivität von weniger als 4 bei einer Frequenz von 0,1 kHz bis 100 kHz und einer Temperatur von -50 °C bis 180 °C, gemessen nach IEC 60250, besteht.
Hierdurch können elektrische Leiter mit ausreichend guten Isolationseigenschaften und gleichzeitig besonders geringem Platzbedarf bereitgestellt werden, da die zumindest eine Iso lationsschicht besonders schlank gewählt sein kann. In anderen Worten ausgedrückt kann die zumindest eine Isolations Schicht mit verhältnismäßig geringer Schichtdicke auf dem Leiter kern aufgebracht sein, ohne Einbußen bei den Isolationseigenschaften hinnehmen zu müssen. Die relative Permittivität wird häufig auch als Dielektrizitätszahl bezeichnet. Es kann aber auch von Vorteil sein, wenn das Material, aus welchem die zumindest eine Iso lationsschicht besteht, eine Glasübergangstemperatur größer als 160 °C, vorzugsweise größer als 170 °C, insbesondere größer als 180 °C aufweist.
Hierdurch kann ein Material für die zumindest eine Isolations Schicht gewählt werden, wel ches einerseits bis zu hohen Temperaturen bei Betriebsbedingungen einer elektrischen Ma schine formbeständig bleibt, gleichzeitig aber ohne allzu großen Energieaufwand formbar ge macht werden kann. Die beispielsweise zum Zwecke des Aufbringens auf den Leiterkem, o- der zwecks Umformen des elektrischen Leiters nach Aufbringen der zumindest einen Isolati onsschicht, zum Beispiel durch Biegen.
Des Weiteren kann auch vorgesehen sein, dass die zumindest eine Isolationsschicht aus einem Material mit einer Wärmeformbeständigkeitstemperatur nach ISO 75-1, -2, -3, Methode A von mindestens 170 °C besteht.
Durch diese Ausgestaltung kann eine Isolationsschicht mit ausreichenden Isolationseigen schaften bereitgestellt werden, welche gleichzeitig auch eine Nutzung der elektrischen Leiter bei hohen Betriebstemperaturen erlaubt. Vorzugsweise kann die Isolations Schicht aus einem Material mit einer Wärmeformbeständigkeitstemperatur nach ISO 75-1, -2, -3, Methode A von mindestens 180 °C bestehen. Die Wärmeformbeständigkeit nach ISO-l, -2, -3 wird auch als HDT-Wert (Heat Deflection Temperature oder Heat Distortion temperature) bezeichnet, im konkreten Fall kann die Wärmeformbeständigkeit auch als HDT-A-Wert (Methode A, Be lastung der Probe mit 1,8 N/mm2) bezeichnet werden.
Zweckmäßig kann auch eine Ausgestaltung sein, bei welcher die zumindest eine Isolations schicht eine Durchschlagsfestigkeit nach IEC 60243-1 von mindestens 28 kV/mm bei einer Schichtdicke von weniger als 500 pm aufweist.
Hierdurch können elektrische Leiter bereitgestellt werden, mittels welchen im Betrieb einer elektrischen Maschine insbesondere unerwünschte Spannungsdurchschläge, etwa Lichtbögen oder Funkenschläge, bzw. Kurzschlüsse zwischen einzelnen elektrischen Leitern und/oder zwischen elektrischen Leitern und weiteren Komponenten von elektrischen Maschinen im Be trieb der elektrischen Maschinen, also bei mit elektrischer Spannung bzw. elektrischem Strom beaufschlagten, elektrischen Leiterkemen, hintangehalten werden können.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltungsform kann die zumindest eine Isolationsschicht des elektrischen Leiters überwiegend aus Polysulfon (PSU), Polyethersulfon (PES oder PESU) oder Polyphenylensulfon (PPSU), oder aus Mischungen dieser aromatischen Polysulfone (PAES) besteht
Es kann also die zumindest eine Isolationsschicht überwiegend aus Polysulfon (PSU) mit der Basisstruktur
Figure imgf000009_0001
oder Polyethersulfon (PES oder PESU) mit der Basisstruktur
Figure imgf000009_0002
oder Polyphenylensulfon (PPSU) mit der Basisstruktur
Figure imgf000009_0003
oder aus Mischungen dieser aromatischen Polysulfone mit den angegebenen Basisstrukturen besteht. Elektrische Leiter mit derartigen Isolationsschichten ermöglichen eine besonders schlanke Ausgestaltung der Isolations schichten mit sehr geringer Schichtdicke und dennoch ausreichenden Isolationseigenschaften. Dadurch kann eine besonders platzsparende Anord nung derart ausgestalteter, elektrischer Leiter in elektrischen Maschinen bereitgestellt werden Weiters kann die zumindest eine Isolations Schicht im Bereich der Querstimflächen eine Schichtdicke aufweisen, welche das 2-fache bis 8-fache einer Schichtdicke der zumindest ei nen Isolationsschicht im Bereich der Längs Stirnflächen beträgt.
Diese Ausführungsform der zumindest einen Isolations Schicht bietet vor allem Vorteile bei einer Anordnung mehrerer elektrischer Leiter direkt aneinandergrenzend, wie zum Beispiel in einer Aufnahmenut für mehrere elektrische Leiter in einem Blechpaket eines Stators einer elektrischen Maschine. Es hat sich nämlich überraschend gezeigt, dass eine Isolation zwi schen benachbarten, elektrischen Leitern, also eine jeweilige Isolation an den Längsstirnflä chen des Leiterkems vergleichsweise schlank gewählt werden kann, sodass eine hohe Pa ckungsdichte der elektrischen Leiter, zum Beispiel in Aufnahmenuten eines Blechpakets eines Stators erzielt werden kann. Dadurch kann letztlich auch der Wirkungsgrad einer elektrischen Maschine, wie etwa eines Stators weiter gesteigert werden. Bei einem typischen elektrischen Leiter für eine elektrische Maschine, wie etwa einen Stator kann eine Schichtdicke der zumin dest einen Isolationsschicht im Bereich der Längsstimflächen beispielsweise 10 pm bis 100 pm betragen, dementsprechend kann eine Schichtdicke der zumindest einen Isolations Schicht im Bereich der Querstimflächen zum Beispiel 50 pm bis 500 pm betragen.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Isolations Schicht eine Gesamt querschnittsfläche aufweist, welche das 0,1 -fache bis 0,18-fache einer Gesamtquerschnittsflä che des Leiterkems beträgt.
Auch hierbei hat sich überaschenderweise gezeigt, dass mit einer solchen relativ geringen Ge- samtquerschnittsfläche der zumindest einen Isolationsschicht trotzdem eine ausreichende Iso lationswirkung im Betrieb von elektrischen Maschinen erzielt werden kann. Somit kann der Anteil an tatsächlich elektrisch leitendem Material in Form des Leiterkems, beispielsweise aus Kupfer, im Verhältnis zur hierfür unwirksamen, zumindest einen Isolationsschicht gestei gert werden, und kann so eine effizientere elektrische Maschine mit weiter verbesserten Me tall- bzw. Kupfer-Füllfaktor bereitgestellt werden. Eine Gesamtquerschnittsfläche eines typi schen, im Wesentlichen rechteckigen Feiterkerns für elektrische Maschinen kann zum Bei spiel 4 mm2 bis 10 mm2 betragen. Dementsprechend kann eine Gesamtquerschnittsfläche der zumindest einen Isolations Schicht beispielsweise 0,6 mm2 bis 1,5 mm2 betragen. Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsform des elektrischen Leiters kann vorgese hen sein, dass die zumindest eine Isolations Schicht mittels Extrusion auf den Leiterkem aufge bracht ist.
Auf diese Weise lässt sich einerseits eine ausreichend gute Haftung der zumindest einen Isola tionsschicht auf dem, in der Regel aus Kupfer bestehenden Leiterkem realisieren. Wie sich erwiesen hat, ist außerdem bei auf den Leiterkern aufextrudierten Isolationsschichten die Wahrscheinlichkeit einer Ausbildung von Lehlstellen verschwindend gering. Dies ist im Ver gleich zur Verwendung von Isolationslacken oder Isolationspapier vorteilhaft hinsichtlich der Betriebssicherheit und können auch die Herstellungskosten somit gesenkt werden. Extrudierte Polymere weisen oftmals charakteristische Oberflächenmerkmale bzw. -Strukturen auf, wel che naturgemäß in Extrusionsrichtung als eine Art„Extrusionsriefen“ erkennbar sind und so mit deutlich von einer herkömmlich aufgebrachten Lackschicht unterscheidbar sind.
Bei einer weiteren Ausgestaltungsform des elektrischen Leiters kann es sinnvoll sein, dass die zumindest eine Isolations Schicht vollumfänglich von einer Stützschicht ummantelt ist, dass also diese Stützschicht die zumindest eine Isolationsschicht im Querschnitt vollständig umgibt. Die Stützschicht kann hierbei an allen Stellen, an welchen die zumindest eine Isolati onsschicht auf den Leiterkern aufgebracht ist, vollständig ummantelnd auf die zumindest eine Isolationsschicht aufgebracht sein.
Eine solche Stützschicht kann im Speziellen durch ein hochtemperaturstabiles, polymeres Ma terial gebildet sein, und kann hierdurch eine verbesserte Stabilität der zumindest einen Isolati onsschicht auch bei fortwährend hohen Betriebstemperaturen einer elektrischen Maschine be wirkt werden. Auch eine solche Stützschicht kann als elektrische Isolations Schicht ausgebildet sein bzw. aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen, wodurch sich eine nochmals verbesserte Isolationswirkung bereitstellen lässt. Zusätzlich können etwaige Lehlstellen in der darunterliegenden, zumindest einen Isolationsschicht durch Applikation einer solchen Stütz schicht ausgeglichen werden, sodass eine nochmals verbesserte Betriebssicherheit ermöglicht ist. Hierbei kann die Stützschicht des elektrischen Leiters vorzugsweise überwiegend aus einem extrudierbaren, polymeren, thermoplastischen Material ausgewählt aus der Gruppe aromati scher Polysulfone (PAES) oder Polyaryletherketone (PAEK), oder aus Mischungen dieser Materialien bestehen.
Die angegebenen Materialien haben sich als gut geeignet für eine Stützschicht erwiesen, da sie günstige Eigenschaften wie Formstabilität auch bei hohen Temperaturen und gute Isolati onswirkung auch bei geringen Schichtdicken kombiniert aufweisen.
Besonders bevorzugt kann die Stützschicht überwiegend aus Polysulfon (PSET), Polyethersul fon (PES oder PESU), Polyphenylensulfon (PPSU) oder Polyaryletherketone (PAEK), oder aus Mischungen dieser thermoplastischen Polymere bestehen.
In anderen Worten ausgedrückt, kann die Isolations Schicht überwiegend aus Polysulfon (PSU) mit der Basisstruktur
Figure imgf000012_0001
oder Polyethersulfon (PES oder PESU) mit der Basisstruktur
Figure imgf000012_0002
oder Polyphenylensulfon (PPSET) mit der Basisstruktur
Figure imgf000012_0003
oder aus Polyaryletherketon (PAEK) bestehend aus den Basisblöcken
Figure imgf000013_0001
oder aus Mischungen dieser polymeren Materialien mit den angegebenen Basisstrukturen be stehen.
Die angegebenen Materialien haben sich als besonders geeignet zur Bildung einer Stütz schicht erwiesen, da sich bereits bei sehr geringer Schichtdicke einer derart ausgestalteten Stützschicht gute Eigenschaften hinsichtlich Stabilität und zusätzlicher elektrischer Isolations wirkung ergeben. Die Stützschicht kann hierbei also durchaus auch als zusätzliche, elektrische Isolationsschicht wirksam sein.
Ein spezifischer Schichtaufbau kann grundsätzlich je nach Anforderungsprofil für eine elekt rische Maschine variiert werden, zum Beispiel in Abhängigkeit von der vorgesehenen Ein satz- bzw. Betriebstemperatur.
So kann ein Leiterkern bei einem elektrischen Leiter, welcher für fortwährende Betriebstem peraturen bis zu 180 °C vorgesehen ist, mit einer Isolations Schicht überwiegend bestehend aus Polysulfon (PSET) ummantelt sein, bzw. kann die zumindest eine Isolations Schicht bei einem solchen, elektrischen Leiter aus Polysulfon (PSU) bestehen. Die Stützschicht eines solchen elektrischen Leiters kann zum Beispiel überwiegend aus Polysulfon (PSU), Polyethersulfon (PES oder PESU) oder Polyphenylensulfon (PPSU) bestehen.
Ein Leiterkern bei einem elektrischen Leiter, welcher für fortwährende Betriebstemperaturen bis zu 200 °C vorgesehen ist, kann zum Beispiel mit einer Isolationsschicht überwiegend be stehend aus Polyethersulfon (PES oder PESU) oder Polyphenylensulfon (PPSU) ummantelt sein, bzw. kann die zumindest eine Isolationsschicht bei einem solchen, elektrischen Leiter aus Polyethersulfon (PES oder PESU) oder Polyphenylensulfon (PPSU) bestehen. Die Stütz schicht eines solchen elektrischen Leiters kann überwiegend ebenfalls aus Polyethersulfon (PES oder PESU) oder Polyphenylensulfon (PPSU) bestehen, wobei vorzugsweise im Falle einer überwiegend aus Polyphenylensulfon (PPSU) bestehenden Isolations Schicht die Stütz schicht überwiegend aus Polyethersulfon (PES oder PESU) besteht.
Ein Leiterkern bei einem elektrischen Leiter, welcher für fortwährende Betriebstemperaturen bis zu 220 °C vorgesehen ist, kann bevorzugt mit einer Isolations Schicht überwiegend beste hend aus Polyethersulfon (PES oder PESET) ummantelt sein, bzw. kann die zumindest eine Isolationsschicht bei einem solchen, elektrischen Leiter aus Polyethersulfon (PES oder PESU) bestehen. Die Stützschicht eines solchen elektrischen Leiters kann vorzugsweise überwiegend aus Polyaryletherketon (PAEK) bestehen.
Von besonderem Vorteil bei dem elektrischen Leiter kann außerdem eine Ausführungsform sein, bei welcher die Stützschicht aus einem Material mit einer Bruchdehnung nach ISO 527- 1, -2 von 50 % oder mehr besteht.
Durch eine solche Ausgestaltung der Stützschicht kann für eine elektrische Maschine eine be sonders hohe Betriebssicherheit bereitgestellt werden, da die Wahrscheinlichkeit für Beschä digungen der Stützschicht und im Speziellen der darunterliegenden, zumindest einen Isolati onsschicht weitestgehend minimiert werden können. Vorzugsweise kann die Stützschicht eine Bruchdehnung nach ISO 527-1, -2 von 55 % oder mehr, insbesondere von 60 % oder mehr aufweisen.
Des Weiteren kann es zweckmäßig sein, dass die Stützschicht aus einem Material mit einer Wärmeformbeständigkeitstemperatur nach ISO 75-1, -2, -3, Methode A von mindestens 170 °C besteht.
Durch diese Ausgestaltung kann ein elektrischer Leiter zur Verfügung gestellt werden, wel cher besonders hohe Betriebssicherheit bei Einsatz von elektrischen Maschinen auch bei fort während hohen Betriebstemperaturen hervorbringt. Vorzugsweise kann die Stützschicht aus einem Material mit einer Wärmeformbeständigkeitstemperatur nach ISO 75-1, -2, -3, Me thode A von mindestens 180 °C bestehen. Die Wärmeformbeständigkeit nach ISO-l, -2, -3 wird auch als HDT-Wert (Heat Deflection Temperature oder Heat Distortion temperature) be zeichnet, im konkreten Fall kann die Wärmeformbeständigkeit auch als HDT-A-Wert (Me thode A, Belastung der Probe mit 1,8 N/mm2) bezeichnet werden. Eine Schichtdicke der Stützschicht kann umfänglich um die zumindest eine Isolationsschicht im Wesentlichen einheitlich sein und kann das 0,6-fache bis l,0-fache einer Schichtdicke der zumindest einen Isolations Schicht im Bereich der Längs Stirnflächen betragen.
Überaschenderweise hat sich herausgestellt, dass bereits mit derart geringen Schichtdicken der Stützschicht Verbesserungen im Betrieb einer elektrischen Maschine bereitgestellt werden können. Insbesondere kann die unterhalb der Stützschicht angeordnete, zumindest eine Isola tionsschicht trotz der geringen Schichtdicke der ummantelnden Stützschicht auch im Dauer betrieb einer elektrischen Maschine ausreichend stabilisiert werden. Eine Schichtdicke der zu mindest einen Isolationsschicht im Bereich der Längs Stirnflächen kann beispielsweise 10 pm bis 100 pm betragen. Dementsprechend kann eine im Wesentlichen einheitliche Schichtdicke der Stützschicht um die zumindest eine Isolations Schicht beispielsweise 6 pm bis 100 pm be tragen.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Stützschicht eine Gesamtquerschnittsfläche auf weist, welche das 0,22-fache bis 0,35-fache einer Gesamtquerschnittsfläche der zumindest ei nen Isolationsschicht beträgt.
Auf diese Weise kann ein elektrischer Leiter bereitgestellt werden, welcher einerseits sehr platzsparend in einer elektrischen angeordnet werden kann und einen hohen Lüllfaktor an elektrisch leitenden Material ermöglicht, und dennoch eine ausreichende Stabilität für den Be trieb einer elektrischen Maschine ermöglicht.
Zweckmäßigerweise kann außerdem vorgesehen sein, dass die Stützschicht mittels Extrusion auf die zumindest eine Isolations Schicht aufgebracht ist.
Auf diese Weise lässt sich wiederum eine gute Haftung der Stützschicht auf der zumindest ei nen Isolationsschicht erzielen, und kann außerdem die Wahrscheinlichkeit einer Ausbildung von Lehlstellen weitestgehend minimiert werden. Extrudierte Polymere weisen oftmals cha rakteristische Oberflächenmerkmale bzw. -Strukturen auf, welche naturgemäß in Extrusions richtung als eine Art„Extrusionsriefen“ erkennbar sind und somit deutlich von einer her- kömmlich aufgebrachten Lackschicht unterscheidbar sind. Die Stützschicht kann zum Bei spiel mittels eines separaten Extrusionsschritts auf eine bereits aufgebrachte bzw. auf den Lei- terkem aufextrudierte, zumindest eine Isolations Schicht aufgebracht sein. Alternativ ist es aber auch möglich, den Leiterkern mittels Co-Extrusion mit der zumindest einen Isolations schicht und der Stützschicht zu versehen bzw. zu ummanteln, sodass die zumindest eine Isola tionsschicht und die Stützschicht in einem gemeinsamen Extrusionsschritt auf den Leiterkem aufgebracht sind.
Die Aufgabe der Erfindung wird aber auch durch eine elektrische Wicklung für eine elektri sche Maschine, insbesondere einen Stator eines Generators oder Elektromotors gelöst. Hierbei ist die Wicklung aus einem oder mehreren miteinander verbundenen, obenstehend beschriebe nen, elektrischen Leiter(n) hergestellt.
Beispielsweise kann die elektrische bzw. elektrotechnische Wicklung durch Verschweißen von Endstücken mehrerer, geeignet ausgeformter, elektrischer Leiter hergestellt sein, oder aber kann die Wicklung auch aus einem durchgängigen, in geeignete Form gebrachten, elektrischen Leiter hergestellt sein. Die Vorteile einer aus wie obenstehend beschrieben aus gestalteten, elektrischen Leitern wurden bereits anhand der Ausgestaltung der elektrischen Leiter erläutert, und wird für die Beschreibung de Vorteile hier auf die entsprechenden Stellen dieser Beschreibung verwiesen.
Schließlich wird die Aufgabe der Erfindung auch durch einen Stator für eine elektrische Ma schine, wie einen Generator oder Elektromotor gelöst. Der Stator umfasst hierbei ein Blechpa ket mit mehreren in Umfangsrichtung um eine Längsachse des Blechpakets und in eine Längsrichtung des Blechpakets durchgehend erstreckenden Nuten mit jeweils mindestens zwei in einer Nut zur Bildung einer elektrischen Wicklung aufgenommenen, elektrischen Lei tern.
Wesentlich ist hierbei, dass die in den Nuten aufgenommenen, elektrischen Leiter wie bereits obenstehend beschrieben ausgebildet sind. Hierdurch ergeben sich wiederum Vorteile, welche bereits anhand der Ausgestaltung der elektrischen Leiter erläutert wurden, und wird diesbe züglich wiederum auf die entsprechenden Stellen dieser Beschreibung verwiesen. Im Speziellen kann hierbei vorgesehen sein, dass die jeweiligen in den Nuten aufgenomme nen, elektrischen Leiter zumindest über eine gesamte Längserstreckung einer jeweiligen Nut vollumfänglich mit der zumindest einen Isolations Schicht ummantelt sind.
Hierdurch kann vor allem in dem besonders isolationskritischen Bereichen innerhalb einer Nut eine ausreichende Isolation gegenüber dem Blechpaket eines Stators, in welchem Blech paket üblicherweise diese Aufnahmenuten ausgebildet sind, erzielt werden. In Bereichen au ßerhalb der Nuten kann der elektrische Leiter durchaus auch nicht isoliert sein, insbesondere dann, wenn hier kein Kontakt bzw. keine unmittelbare Nähe zu anderen Komponenten des Stators gegeben ist. Im Speziellen kann der elektrische Leiter an Stellen, welche zum Verbin den mit weiteren elektrischen Leitern vorgesehen sind, beispielsweise durch Verschweißen, keine Isolierung aufweisen bzw. kann die zumindest eine Isolationsschicht und gegebenen falls die Stützschicht an solchen Stellen vom Leiterkem entfernt sein.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
Es zeigen jeweils in stark vereinfachter, schematischer Darstellung:
Fig. 1 eine erste beispielhafte Ausführungsform eines elektrischen Leiters in perspektivi scher Ansicht;
Fig. 2 eine zweite beispielhafte Ausführungsform eines elektrischen Leiters in perspekti vischer Ansicht;
Fig. 3 eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels für einen elektrischen Leiter;
Fig. 4 eine weitere Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels für einen elektrischen
Leiter;
Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel eines Stators eines Elektromotors mit elektrischen Lei tern; Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel für eine in einem Stator einer elektrischen Maschine an geordnete, elektrische bzw. elektrotechnische Wicklung.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen wer den, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf glei che Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen wer den können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, un ten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen rein beispielhaft zwei typische geometrische Ausgestaltungsformen von elektrischen Leitern 1 zur Verwendung in elektrischen Maschinen, insbesondere zur Her stellung von Wicklungen für Statoren oder Rotoren von elektrischen Maschinen wie Elektro motoren oder Generatoren. Der in Fig. 1 dargestellte, elektrische Leiter 1 weist einen Leiter kern 2 mit einer Gesamt-Längserstreckung 3 zwischen einem ersten Ende 4 und einem zwei ten Ende 5 auf. Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel umfasst einen Leiterkem 2 mit einer Gesamt-Längserstreckung 3 mit im Wesentlichen geradlinigen Verlauf, während der in Fig. 2 dargestellte, elektrische Leiter 1 eine Gesamt-Längserstreckung 2 zwischen einem ers ten Ende 4 und einem zweiten Ende 5 mit gebogenem, insbesondere U- bzw. V-förmigen Verlauf aufweist. Derartige elektrische Leiter werden im Fachjargon auch als„hair pins“ be zeichnet. Die Gesamt-Längserstreckung 3 des in Fig. 2 dargestellten, gebogenen bzw. U-för migen Leiterkems 2 würde im hypothetischen, gestreckten Zustand des in Fig. 2 dargestellten, elektrischen Leiters 1 einer Gesamtlänge des Leiterkems 2 entsprechen. Unter einer Gesamt- Längserstreckung 3 eines Leiterkem 2 ist im Speziellen eine Längserstreckung entlang einer neutralen Faser des Leiterkems 2 zu verstehen. Üblicherweise ist ein Leiterkern 2 eines elektrischen Leiters 1 für elektrische Maschinen aufgrund der erforderlichen hohen Leitfähig keit durch Kupfer gebildet.
Die in den Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten, elektrischen Leiter 1 können üblicherweise zur Aufnahme in Nuten eines Blechpakets und zur Bildung einer Wicklung vorgesehen sein, wie nachstehend anhand der Fig. 5 und Fig. 6 noch näher erläutert wird. Selbstverständlich sind aber auch geometrisch anders ausgestaltete, elektrische Leiter 1 als die in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiele möglich und sind anders ausgestaltete, elektrische Leiter auch durchaus üblich. Eine jeweilige, spezifische Ausgestaltungsform richtet sich hierbei nach dem jeweiligen Anforderungsprofil eines elektrischen Leiters 1, in erster Linie also nach der erforderlichen bzw. vorgesehenen Anordnung des elektrischen Leiters 1 in einer elektri schen Maschine.
Wie anhand der Lig. 1 und Lig. 2 erkennbar ist, weist der elektrische Leiter 1 unabhängig von dessen geometrischer Ausgestaltung einen elektrisch leitfähigen Leiterkern 2 mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf, wobei dieser Leiterkernquerschnitt durchgehend in sich geschlossen ist. Wie am besten aus der in Lig. 3 dargestellten Schnittansicht eines elektrischen Leiters 1 ersichtlich ist, weist der elektrisch leitfähige Leiterkern 2 zwei gegen überliegend angeordnete Längsstimflächen 6, 7 und zwei gegenüberliegend angeordnete Querstirnflächen 8, 9. Wie ebenfalls in der Lig. 3 dargestellt ist, kann der im Wesentlichen rechteckig ausgeführte Leiterkem 2 leicht abgerundete Ecken aufweisen, was sich in der Pra xis bewährt hat. Eine solche Querschnittsform des Leiterkems 2 mit abgerundeten Ecken ist im technischen Bereich elektrischer Maschinen durchaus üblich, und sind Leiterkerne 2 mit einem solchen Querschnitt vergleichsweise beständig gegenüber Beschädigungen, sowie bei spielsweise auch relativ problemlos in Nuten eines Blechpakets eines Stators einführbar. Des Weiteren sind auch allfällige Beschichtungen auf derart ausgeführten Leiterkemen 2 relativ resistent gegenüber Beschädigungen, da verstärkte Abrasion an scharfen Übergängen hintan gehalten ist.
Wie am besten aus der Schnittdarstellung in Lig. 3 ersichtlich ist, umfasst der elektrische Lei ter 1 des Weiteren zumindest eine Isolations Schicht 10, welche vollumfänglich um den Leiter kern 2 angeordnet ist, welche im Querschnitt betrachtet den Leiterkem 2 also vollständig um mantelt bzw. umgibt. Diese zumindest eine Isolationsschicht 10 ist hierbei wenigstens über einen überwiegenden Teil der Gesamt-Längserstreckung 3 des Leiterkems 2 vollumfänglich um den Leiterkem 2 angeordnet, wie dies in der Lig. 1 und der Lig. 2 schematisch veran schaulicht ist. Hierbei sind mindestens die Teile der Gesamt-Längserstreckung 3 des Leiter kerns 2, welche in der elektrischen Maschine in Kontakt bzw. unmittelbar angrenzend an wei tere elektrische Leiter oder andere, insbesondere elektrisch leitfähige Komponenten der elektrischen Maschine angeordnet sind, mit der zumindest einen Isolations Schicht 10 verse- hen. Bei jenen Teilen der Gesamt-Längserstreckung 3 des Leiterkerns 2, welche nicht unmit telbar angrenzend an weitere elektrische Leiter und/oder andere Komponenten der elektri schen Maschine kann der Leiter 1 keine Isolationsschicht aufweisen, bzw. kann die zumindest eine Isolationsschicht 10 an solchen Stellen erübrigt bzw. entfernt sein. Im Speziellen kann der elektrische Leiter 1 an Stellen, welche zum Verbinden mit weiteren elektrischen Leitern vorgesehen sind, beispielsweise durch Verschweißen, keine Isolierung aufweisen bzw. kann die zumindest eine Isolationsschicht 10 an solchen Stellen vom Leiterkem 2 entfernt oder er übrigt sein, wie dies in Fig 1 und Fig. 2 angedeutet ist.
Wesentlich ist, dass die zumindest eine Isolationsschicht 10 überwiegend aus einem extrudier baren, polymeren, thermoplastischen Material ausgewählt aus der Gruppe aromatischer Poly- sulfone (PAES) oder Mischungen aus aromatischen Polysulfonen (PAES) besteht. In Zusam menhang mit dem Material, aus welchem die zumindest eine Isolationsschicht besteht, ist un ter dem Begriff„überwiegend“ zu verstehen, dass die zumindest eine Isolationsschicht vor rangig bzw. zu einem überwiegenden Anteil, beispielsweise zu mindestens 90 Gew.%, vor zugsweise 95 Gew.% oder mehr aus einem der angegeben, polymeren Materialien oder deren Mischungen besteht. Zu einem geringen Anteil, beispielsweise höchstens 10 Gew.%, vorzugs weise 5 Gew.% oder weniger kann die Isolationsschicht auch andere Bestandteile, wie etwa bei thermoplastischen Polymeren übliche Additive umfassen. Des Weiteren versteht sich von selbst, dass zum Beispiel auch geringe Mengen an herstellungs- bzw. verarbeitungsbedingten Verschmutzungen in der Isolationsschicht vorhanden sein können.
Die in den Fig. 1 bis Fig. 3 dargestellte, aus aromatischem Polysulfon (PAES) oder aus einer Mischung aromatischer Polysulfone (PAES) bestehende, zumindest eine Isolations Schicht 10 des elektrischen Leiters 1 kann im Speziellen aus einem Material mit einer relativen Permitti- vität von weniger als 4 bei einer Frequenz von 0,1 kHz bis 100 kHz und einer Temperatur von -50 °C bis 180 °C, gemessen nach IEC 60250, bestehen. Die relative Permittivität wird häufig auch als Dielektrizitätszahl oder Permittivitätszahl bezeichnet, und stellt das dimensionslose Verhältnis der Permittivität F eines Mediums bzw. Materials zur Permittivität Fo des Vakuums dar. Weiters kann das Material, aus welchem die zumindest eine Isolationsschicht 10 besteht, eine Glasübergangstemperatur größer als 160 °C, vorzugsweise größer als 170 °C und insbeson dere größer als 180 °C aufweisen. Hierdurch kann ein Erweichen der zumindest eine Isolati onsschicht 10 auch bei hohen Einsatztemperaturen bzw. Betriebstemperauren in einer elektri schen Maschine hintangehalten werden, wobei im Speziellen das Aufbringen der zumindest einen Isolationsschicht 10 auf den Leiterkem 2 trotzdem durch einen thermoplastischen Pro zess, wie etwa Extrusion erfolgen kann.
Außerdem kann die zumindest eine Isolationsschicht 10 aus einem Material mit einer Wärme formbeständigkeitstemperatur nach ISO 75-1, -2, -3, Methode A von mindestens 170 °C be stehen. Vorzugsweise kann die Isolationsschicht aus einem Material mit einer Wärmeformbe ständigkeitstemperatur nach ISO 75-1, -2, -3, Methode A von mindestens 180 °C bestehen. Die Wärmeformbeständigkeit nach ISO-l, -2, -3 wird auch als HDT-Wert (Heat Deflection Temperature oder Heat Distortion temperature) bezeichnet, im konkreten Fall kann die Wär meformbeständigkeit auch als HDT-A-Wert (Methode A, Belastung der Probe mit 1,8 N/mm2) bezeichnet werden.
Um eine ausreichende Isolationswirkung zu erzielen, kann die zumindest eine Isolations schicht 10 weiters eine Durchschlagsfestigkeit nach IEC 60243-1 von mindestens 28 kV/mm bei einer Schichtdicke von weniger als 500 pm aufweisen. Hierdurch können im Speziellen unerwünschte Spannungsdurchschläge, etwa Lichtbögen oder Funkenschläge, in elektrischen Maschinen hintangehalten werden.
Vorzugsweise kann die zumindest eine Isolations Schicht des elektrischen Leiters überwiegend aus Polysulfon (PSU), Polyethersulfon (PES oder PESU) oder Polyphenylensulfon (PPSU), oder aus Mischungen dieser aromatischen Polysulfone (PAES) bestehen.
Die zumindest eine Isolationsschicht 10 kann also überwiegend aus Polysulfon (PSU) mit der Basisstruktur
Figure imgf000022_0001
oder Polyethersulfon (PES oder PESU) mit der Basisstruktur
Figure imgf000022_0002
oder Polyphenylensulfon (PPSET) mit der Basisstruktur
Figure imgf000022_0003
oder aus Mischungen dieser aromatischen Polysulfone mit den angegebenen Basisstrukturen bestehen.
Wie in der Fig. 3 veranschaulicht ist, kann die zumindest eine Isolationsschicht 10 im Bereich der Querstimflächen 8, 9 eine Schichtdicke 11 aufweisen, welche das 2-fache bis 8-fache ei ner Schichtdicke 12 der zumindest einen Isolationsschicht 10 im Bereich der Längsstimflä- chen 6, 7 beträgt. Eine Schichtdicke 12 der zumindest einen Isolationsschicht 10 im Bereich der Längsstimflächen 6, 7 kann zum Beispiel 10 pm bis 100 pm betragen. Eine Schichtdicke 11 der zumindest einen Isolations Schicht 10 im Bereich der Querstimflächen 8, 9 kann zum Beispiel 50 pm bis 500 pm betragen. Es hat sich nämlich gezeigt, dass eine Isolation zwi schen benachbarten, elektrischen Leitern 1, also eine jeweilige Isolation an den Längsstimflä chen 6, 7 des Leiterkerns 2 vergleichsweise schlank gewählt werden kann. Diese Ausfüh- mngsform des elektrischen Leiters 1 ist insbesondere geeignet für eine Anordnung in einer elektrischen Maschine, bei welcher elektrische Leiter 1 unmittelbar aneinandergrenzend ange ordnet werden, wie etwa in zur Aufnahme mehrere elektrische Leiter in einem Blechpaket ei nes Stators ausgebildete Nuten. Ein solches Ausführungsbeispiel für eine Komponente einer elektrischen Maschine wird nachstehend anhand der Fig. 5 und Fig. 6 noch näher beschrieben. Wie weiters in der Fig. 3 dargestellt ist, kann die zumindest eine Isolationsschicht 10 eine Ge- samtquerschnittsfläche 13 aufweisen, welche das 0,1 -fache bis 0,l8-fache einer Gesamtquer schnittsfläche 14 des Leiterkerns 2 beträgt. Eine Gesamtquerschnittsfläche 13 des im Wesent lichen rechteckigen Leiterkerns 2 für elektrische Maschinen kann zum Beispiel 4 mm2 bis 10 mm2 betragen, eine Gesamtquerschnittsfläche 14 der zumindest einen Isolationsschicht 10 kann beispielsweise 0,6 mm2 bis 1,5 mm2 betragen.
Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltungsform des elektrischen Leiters 1, bei welcher die zumindest eine Isolations Schicht 10 mittels Extrusion auf den Leiterkern 2 aufgebracht ist. Hierbei kann die zumindest eine Isolations Schicht 10 zum Beispiel durch kontinuierliche Extrusion auf einen, beispielsweise von einer Rolle abgerollten Leiterkem- Strang aufgebracht werden. Ein solcher Leiterkern 2 zum Aufbringen der zumindest einen Isolations Schicht 10 kann also in Form eines sogenannten„Endlos-Stranges“ vorliegen. Nach Erkalten der zumin dest einen Isolationsschicht 10 nach der Extrusion, kann ein solcher beschichteter Leiterkern- Strang zu einzelnen, elektrischen Leitern 1 mit jeweils gewünschter Gesamt- Längserstre ckung 3 zwischen einem ersten Ende 4 und einem zweiten Ende 5 vereinzelt, und im Bedarfs fall umgeformt werden, wie zum Beispiel im Falle des in Fig. 2 dargestellten, U- bzw. V-för- migen, elektrischen Leiters 1. Des Weiteren kann die zumindest eine Isolations Schicht 10 im Zuge der Weiterverarbeitung des elektrischen Leiters 1 zum Beispiel an bestimmten Stellen des elektrischen Leiters 1 vom Leiterkem 2 entfernt werden, wie etwa an Stellen, welche zum Verbinden mit anderen elektrischen Leitern 1 vorgesehen sind. Hierbei handelt es sich oftmals um die Enden 4, 5 des Leiterkerns 2, aber kann zum Beispiel im Falle des in Fig. 2 dargestell ten Leiters 1 der Leiterkem 2 auch im Bereich der U- bzw. V-förmigen Biegung blank sein bzw. hier keine Isolation vorhanden sein. Eine aufextmdierte Isolations Schicht 10 kann cha rakteristische Oberflächenmerkmale bzw. -stmkturen aufweisen, welche naturgemäß in Extru- sionsrichtung als eine Art„Extrusionsriefen“ erkennbar sind.
In der Fig. 4 ist eine weitere und gegebenenfalls für sich eigenständige Ausführungsform des elektrischen Leiters 1 gezeigt, wobei für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen bzw. Bauteilbe zeichnungen wie in den vorangegangenen Fig. 1-3 verwendet werden. Um unnötige Wieder holungen zu vermeiden, wird auf die detaillierte Beschreibung in den vorangegangenen Fig. 1-3 hingewiesen bzw. Bezug genommen. Bei dem in der Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel eines elektrischen Leiters 1, ist die zumindest eine Isolations Schicht 10 zusätzlich vollumfänglich von einer Stützschicht 16 um mantelt. Wie anhand der Fig. 4 erkennbar ist, kann eine solche Stützschicht 16 die zumindest eine Isolationsschicht 10 im Querschnitt vollständig umgeben. Diese Stützschicht 16 kann hierbei an allen Stellen entlang der Gesamt- Längserstreckung 3, an welchen die zumindest eine Isolationsschicht 10 auf den Leiterkem 2 aufgebracht ist, vollständig ummantelnd auf die zumindest eine Isolations Schicht 10 aufgebracht sein. Diese Stützschicht 16 kann vorzugs weise aus einem hochtemperaturstabilen, polymeren Material bestehen, und kann hierbei im Speziellen als weitere Isolationsschicht zusätzlich zur zumindest einen Isolationsschicht 10 wirken. Auch können etwaige Fehlstellen in der darunterliegenden, zumindest einen Isolati onsschicht 10 durch Applikation einer solchen Stützschicht 16 ausgeglichen werden.
Bevorzugt besteht die Stützschicht überwiegend aus einem extrudierbaren, polymeren, ther moplastischen Material ausgewählt aus der Gruppe aromatischer Polysulfone (PAES) oder Polyaryletherketon (PAEK), oder aus Mischungen dieser Materialien. Besonders bevorzugt kann die Stützschicht 16 überwiegend aus Polysulfon (PSET), Polyethersulfon (PES oder PESU), Polyphenylensulfon (PPSU) oder Polyaryletherketon (PAEK), oder aus Mischungen dieser thermoplastischen Polymere bestehen.
Die Stützschicht 16 kann also überwiegend aus Polysulfon (PSU) mit der Basisstruktur
Figure imgf000024_0001
oder Polyethersulfon (PES oder PESU) mit der Basisstruktur
Figure imgf000024_0002
oder Polyphenylensulfon (PPSU) mit der Basisstruktur
Figure imgf000025_0001
oder aus Polyaryletherketon (PAEK) bestehend aus den Basisblöcken
Figure imgf000025_0002
oder aus Mischungen dieser polymeren Materialien mit den angegebenen Basisstrukturen be stehen.
Ein spezifischer Schichtaufbau kann grundsätzlich je nach Anforderungsprofil für eine elekt rische Maschine variiert werden, zum Beispiel in Abhängigkeit von der vorgesehenen Ein satz- bzw. Betriebstemperatur.
So kann ein Leiterkern 2 bei einem elektrischen Leiter, welcher für fortwährende Betriebs temperaturen bis zu 180 °C vorgesehen ist, mit einer Isolations Schicht 10 überwiegend beste hend aus Polysulfon (PSET) ummantelt sein, bzw. kann die zumindest eine Isolationsschicht bei einem solchen, elektrischen Leiter 1 aus Polysulfon (PSU) bestehen. Die Stützschicht 16 eines solchen elektrischen Leiters 1 kann zum Beispiel überwiegend aus Polysulfon (PSU), Polyethersulfon (PES oder PESU) oder Polyphenylensulfon (PPSU) bestehen.
Ein Leiterkern 2 bei einem elektrischen Leiter 1, welcher für fortwährende Betriebstemperatu ren bis zu 200 °C vorgesehen ist, kann zum Beispiel mit einer Isolations Schicht 10 überwie gend bestehend aus Polyethersulfon (PES oder PESU) oder Polyphenylensulfon (PPSU) um mantelt sein, bzw. kann die zumindest eine Isolationsschicht 10 bei einem solchen, elektri schen Leiter aus Polyethersulfon (PES oder PESU) oder Polyphenylensulfon (PPSU) beste hen. Die Stützschicht 16 eines solchen elektrischen Leiters 1 kann überwiegend ebenfalls aus Polyethersulfon (PES oder PESU) oder Polyphenylensulfon (PPSET) bestehen, wobei vorzugs weise im Falle einer überwiegend aus Polyphenylensulfon (PPSET) bestehenden Isolations schicht 10 die Stützschicht 16 überwiegend aus Polyethersulfon (PES oder PESET) besteht.
Ein Leiterkern 2 bei einem elektrischen Leiter 1, welcher für fortwährende Betriebstemperatu ren bis zu 220 °C vorgesehen ist, kann bevorzugt mit einer Isolationsschicht 10 überwiegend bestehend aus Polyethersulfon (PES oder PESET) ummantelt sein, bzw. kann die zumindest eine Isolationsschicht 10 bei einem solchen, elektrischen Leiter aus Polyethersulfon (PES o- der PESET) bestehen. Die Stützschicht 16 eines solchen elektrischen Leiters 1 kann vorzugs weise überwiegend aus Polyaryletherketon (PAEK) bestehen.
Als besonders geeignet hat sich eine Ausgestaltungsform des elektrischen Leiters 1 erwiesen, bei welcher die Stützschicht 16 aus einem Material mit einer Bruchdehnung nach ISO 527-1, - 2 von 50 % oder mehr besteht. Hierdurch kann vor allem die Wahrscheinlichkeit für Beschä digungen der Stützschicht 16 und auch der darunterliegenden, zumindest einen Isolations schicht 10 weitestgehend minimiert werden. Bevorzugt kann die Stützschicht 16 eine Bruch dehnung nach ISO 527-1, -2 von 55 % oder mehr, insbesondere von 60 % oder mehr aufwei sen.
Es kann aber auch sinnvoll sein, dass die Stützschicht 16 aus einem Material mit einer Wär meformbeständigkeitstemperatur nach ISO 75-1, -2, -3, Methode A von mindestens 170 °C besteht. Vorzugsweise kann die Stützschicht aus einem Material mit einer Wärmeformbestän digkeitstemperatur nach ISO 75-1, -2, -3, Methode A von mindestens 180 °C bestehen. Die Wärmeformbeständigkeit nach ISO-l, -2, -3 wird auch als HDT-Wert (Heat Deflection Tem- perature oder Heat Distortion temperature) bezeichnet, im konkreten Fall kann die Wärme formbeständigkeit auch als HDT-A-Wert (Methode A, Belastung der Probe mit 1,8 N/mm2) bezeichnet werden.
Wie anhand der Fig. 4 ersichtlich ist, kann eine Schichtdicke 17 der Stützschicht 16 umfäng lich um die zumindest eine Isolations Schicht 10 im Wesentlichen einheitlich sein. Weiters kann die Schichtdicke 17 der Stützschicht 16 das 0,6-fache bis l,0-fache einer Schichtdicke 12 der zumindest einen Isolations Schicht 10 im Bereich der Längsstimflächen 6 betragen. Eine Schichtdicke 13 der zumindest einen Isolations Schicht 10 im Bereich der Längs stirnflä chen 6, 7 kann beispielsweise 10 pm bis 100 pm betragen. Eine im Wesentlichen einheitliche Schichtdicke 17 der Stützschicht 16 kann zum Beispiel 6 pm bis 100 pm betragen. Außerdem kann die Stützschicht 16 eine Gesamtquerschnittsfläche 18 aufweisen, welche das 0,22-fache bis 0,35-fache einer Gesamtquerschnittsfläche 13 der zumindest einen Isolationsschicht 10 be trägt.
Vorzugsweise ist auch die Stützschicht 16 mittels Extrusion auf die zumindest eine Isolations schicht 10 aufgebracht. Die Stützschicht 16 kann zum Beispiel mittels eines separaten Extru sionsschritts auf eine bereits aufgebrachte bzw. auf den Leiterkem 2 aufextrudierte, zumindest eine Isolationsschicht 10 aufgebracht sein. Es ist aber auch möglich, den Leiterkem 2 mittels Co-Extrusion mit der zumindest einen Isolations Schicht 10 und der Stützschicht 16 zu verse hen bzw. zu ummanteln, sodass die zumindest eine Isolations Schicht 10 und die Stützschicht 16 in einem gemeinsamen Extrusionsschritt auf den Leiterkem 2 aufgebracht sind. Extmdierte Polymere weisen hierbei meist charakteristische Oberflächenmerkmale bzw. -Strukturen auf, welche naturgemäß in Extmsionsrichtung als eine Art„Extmsionsriefen“ erkennbar sind.
In der Fig. 5 ist ein Ausfühmngsbeispiel für eine Anordnung der elektrischen Leiter 1 in einer elektrischen Maschine dargestellt. Gezeigt ist ein Stator 30 für eine elektrische Maschine, bei spielsweise Generator oder Elektromotor, in Schrägansicht. Der Stator 30 umfasst dabei ein Blechpaket 19 in welche eine Vielzahl von Nuten 20 in Umfangsrichtung 21 um eine Längs achse 24 des Blechpakets 19 verteilt angeordnet sind. Die Nuten 20 sind dabei in Längsrich tung 22 durchgehend ausgebildet. In Fig. 5 sind beispielhaft mehrere elektrische Leiter 1 vor ihrer Verbindung zu einer elektrischen bzw. elektrotechnischen Wicklung dargestellt. Wie er kennbar ist, sind bei dem in der Fig. 5 dargestellten Beispiel gemäß Fig. 1 ausgebildete Leiter 1 angeordnet. Weiters ist beispielhaft aus Fig. 5 ersichtlich, dass mehrere elektrische Leiter 1 zur Ausbildung einer Spule bzw. Wicklung in Umfangsrichtung 21 verbogen sein können und miteinander korrespondierende elektrische Leiter 1 miteinander verbunden vorliegen können. Hierbei ist vorgesehen, dass jeweils mindestens zwei elektrischen Leiter 1 in einer Nut 20 zur Bildung einer elektrischen Wicklung aufgenommen sind.
Die Nuten 20 des Blechpakets 19 können in Radialrichtung 23 in Richtung einer Längsachse 24 des Stators 30 offen sein. Derartige Öffnungen können als Luftspalt 25 ausgebildet sein. Die Bereiche des Blechpakets 19, welche die Nuten 20 in Richtung Längsachse 24 begrenzen, können in Umfangsrichtung 21 als Zahnkopf 26 ausgebildet sein. An der gegenüberliegenden Seite der jeweiligen Nut 20 befindet sich der Nutgrund 27. Die genaue Anzahl an Nuten 20 sowie die Form und Anzahl der darin aufgenommenen elektrischen Leiter 1 richtet sich nach der gewünschten Größe bzw. Auslegung der elektrischen Maschine.
Grundsätzlich können die Nuten 20 unterschiedlichste Querschnittsformen aufweisen, wobei sich zur Aufnahme von elektrischen Leitern 1 korrespondierende, rechteckige Querschnitte der Nuten 20 bewährt haben. Zur Isolation der einzelnen elektrischen Leiter 1 zueinander so wie zum Blechpaket 19 ist es erforderlich zumindest eine Isolations Schicht 10 fehlerfrei in Umfangsrichtung 21 sowie Radialrichtung 23 durchgehend geschlossen auszubilden, um die elektrischen Leiter 1 zumindest innerhalb des Blechpakets 19 zu ummanteln. Wesentlich ist hierbei, dass die in den Nuten 20 aufgenommenen, elektrischen Leiter 1 gemäß den obenste hend anhand den Fig. 1-4 beschriebenen Ausführungsbeispielen ausgebildet sind. Des Weite ren kann vorgesehen sein, dass die jeweiligen in den Nuten 20 aufgenommenen, elektrischen Leiter 1 zumindest über eine gesamte Längserstreckung 28 einer jeweiligen Nut 20 vollum fänglich mit der zumindest einen Isolationsschicht 10 und gegebenenfalls auch mit der Stütz schicht 16 ummantelt sind.
Abschließend ist in der Fig. 6 zur Veranschaulichung einer beispielhaften Verwendung der elektrischen Leiter 1 wiederum ein Blechpaket 19 eines Stators 30 mit in Nuten 20 des Blech pakets angeordneten, elektrischen Leitern 1 dargestellt, wobei die elektrischen Leiter 1 hier zu einer elektrischen Wicklung 29 verbunden, zum Beispiel verschweißt sind. Im Falle des in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiels sind beispielhaft elektrische Leiter 1, welche gemäß Fig. 2 ausgebildet sind, angeordnet und miteinander verbunden gezeigt, Aus Gründen besserer Übersichtlichkeit sind das Blechpaket 19 des Stators 30, sowie die elektrische Wicklung 29 in der Fig. 6 nur ausschnittsweise dargestellt bzw. ist nur ein Teil der Wicklung 29, also eine Teilwicklung gezeigt. Derartige Wicklungen 29 sind in elektrischen Maschinen, zum Beispiel Elektromotoren oder Generatoren üblich. Wesentlich ist hierbei, dass solche Wicklungen aus elektrischen Leitern 1 gemäß den obenstehend anhand den Fig. 1-4 beschriebenen Ausfüh rungsbeispielen hergestellt sind. Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten, wobei an dieser Stelle be merkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsvarianten dersel ben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausfüh rungsvarianten untereinander möglich sind und diese Variationsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen Fachmannes liegt.
Der Schutzbereich ist durch die Ansprüche bestimmt. Die Beschreibung und die Zeichnungen sind jedoch zur Auslegung der Ansprüche heranzuziehen. Einzelmerkmale oder Merkmals kombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispie len können für sich eigenständige erfinderische Lösungen darstellen. Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen wer den.
Sämtliche Angaben zu Wertebereichen in gegenständlicher Beschreibung sind so zu verste hen, dass diese beliebige und alle Teilbereiche daraus mitumfassen, z.B. ist die Angabe 1 bis 10 so zu verstehen, dass sämtliche Teilbereiche, ausgehend von der unteren Grenze 1 und der oberen Grenze 10 mit umfasst sind, d.h. sämtliche Teilbereiche beginnen mit einer unteren Grenze von 1 oder größer und enden bei einer oberen Grenze von 10 oder weniger, z.B. 1 bis 1,7, oder 3,2 bis 8,1, oder 5,5 bis 10.
Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus Elemente teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert darge stellt wurden.
Bezugszeichenaufstellung Elektrischer Leiter
Leiterkem
Gesamt-Längserstreckung
Ende
Ende
Längsstimfläche
Längsstimfläche
Querstimfläche
Querstimfläche
Isolations Schicht
Schichtdicke
Schichtdicke
Gesamtquerschnittsfläche
Gesamtquerschnittsfläche
Biegung
Stützschicht
Schichtdicke
Gesamtquerschnittsfläche
Blechpaket
Nut
Umfangsrichtung
Längsrichtung
Radialrichtung
Längsachse
Luftspalt
Zahnkopf
Nutgrund
Längserstreckung
Wicklung
Stator

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Elektrischer Leiter (1) zur Verwendung in elektrischen Maschinen, insbesondere zur Herstellung von Wicklungen für Statoren von elektrischen Maschinen wie Elektromotoren oder Generatoren, umfassend einen elektrisch leitfähigen Leiterkem (2) mit einem im Wesentlichen rechteckigen Quer schnitt, wobei der Leiterkern (2) zwei gegenüberliegend angeordnete Längsstimflächen (6, 7) und zwei gegenüberliegend angeordnete Querstimflächen (8, 9) sowie eine Gesamt- Längser streckung (3) zwischen einem ersten Ende (4) und einem zweiten Ende (5) des Leiterkems (2) aufweist, zumindest eine Isolations Schicht (10), welche Isolations Schicht ( 10) wenigstens über einen überwiegenden Teil der Gesamt- Längserstreckung (3) des Leiterkerns (2) vollumfänglich um den Leiterkern (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Isolationsschicht (10) überwiegend aus einem extrudierbaren, polymeren, thermoplastischen Material ausgewählt aus der Gruppe aromatischer Polysulfone (PAES) o- der Mischungen aus aromatischen Polysulfonen (PAES) besteht.
2. Elektrischer Leiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Isolationsschicht (10) aus einem Material mit einer relativen Permittivität von weniger als 4 bei einer Frequenz von 0,1 kHz bis 100 kHz und einer Temperatur von -50 °C bis 180 °C, gemessen nach IEC 60250, besteht.
3. Elektrischer Leiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material, aus welchem die zumindest eine Isolations Schicht (10) besteht, eine Glasübergangs temperatur größer als 160 °C aufweist.
4. Elektrischer Leiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die zumindest eine Isolationsschicht (10) aus einem Material mit einer Wärme formbeständigkeitstemperatur nach ISO 75-1, -2, -3, Methode A von mindestens 170 °C be steht.
5. Elektrischer Leiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die zumindest eine Isolationsschicht (10) eine Durchschlagsfestigkeit nach IEC 60243-1 von mindestens 28 kV/mm bei einer Schichtdicke von weniger als 500 pm aufweist.
6. Elektrischer Leiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die zumindest eine Isolationsschicht (10) überwiegend aus Polysulfon (PSU), Polyethersulfon (PES oder PESET) oder Polyphenylensulfon (PPSU), oder aus Mischungen dieser aromatischen Polysulfone (PAES) besteht.
7. Elektrischer Leiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die zumindest eine Isolationsschicht (10) im Bereich der Querstirnflächen (8, 9) eine Schichtdicke (11) aufweist, welche das 2-fache bis 8-fache einer Schichtdicke (12) der zumindest einen Isolations Schicht (10) im Bereich der Längs Stirnflächen (6, 7) beträgt.
8. Elektrischer Leiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die zumindest eine Isolationsschicht (10) eine Gesamtquerschnittsfläche (13) aufweist, welche das 0,l-fache bis 0,l8-fache einer Gesamtquerschnittsfläche (14) des Leiter kerns (2) beträgt.
9. Elektrischer Leiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die zumindest eine Isolationsschicht (10) mittels Extrusion auf den Leiterkern (2) aufgebracht ist.
10. Elektrischer Leiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die zumindest eine Isolationsschicht (10) vollumfänglich von einer Stützschicht (16) ummantelt ist.
11. Elektrischer Leiter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stütz schicht (16) überwiegend aus einem extrudierbaren, polymeren, thermoplastischen Material ausgewählt aus der Gruppe aromatischer Polysulfone (PAES) oder Polyaryletherketon (PAEK), oder aus Mischungen dieser Materialien besteht.
12. Elektrischer Leiter nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützschicht (16) überwiegend aus Polysulfon (PSET), Polyethersulfon (PES oder PESU), Po- lyphenylensulfon (PPSU) oder Polyaryletherketon (PAEK), oder aus Mischungen dieser ther moplastischen Polymere besteht.
13. Elektrischer Leiter nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützschicht (16) aus einem Material mit einer Bruchdehnung nach ISO 527-1, -2 von 50 % oder mehr besteht.
14. Elektrischer Leiter nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützschicht (16) aus einem Material mit einer Wärmeformbeständigkeitstemperatur nach ISO 75-1, -2, -3, Methode A von mindestens 170 °C besteht.
15. Elektrischer Leiter nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schichtdicke (17) der Stützschicht (16) umfänglich um die zumindest eine Isolati onsschicht (10) im Wesentlichen einheitlich ist und das 0,6-fache bis l,0-fache einer Schicht dicke (12) der zumindest einen Isolationsschicht (10) im Bereich der Längs Stirnflächen (6) beträgt.
16. Elektrischer Leiter nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützschicht (16) eine Gesamtquerschnittsfläche (18) aufweist, welche das 0,22-fache bis 0,35-fache einer Gesamtquerschnittsfläche (13) der zumindest einen Isolations Schicht (10) beträgt.
17. Elektrischer Leiter nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützschicht (16) mittels Extrusion auf die zumindest eine Isolationsschicht (10) auf gebracht ist.
18. Elektrische Wicklung (29) für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Sta tor eines Generators oder Elektromotors, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung aus ei nem, gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16 ausgebildeten, elektrischem Leiter (1) oder aus mehreren miteinander verbundenen, gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 ausgebildeten, elektrischen Leitern (1) hergestellt ist.
19. Stator (30) für eine elektrische Maschine, beispielweise Generator oder Elektro motor, umfassend ein Blechpaket (19) mit mehreren in Umfangsrichtung (21) um eine Längsachse (24) des Blechpakets (19) und in eine Längsrichtung (22) des Blechpakets (19) durchgehend erstre ckenden Nuten (20) mit jeweils mindestens zwei in einer Nut (20) zur Bildung einer elektri schen Wicklung (29) aufgenommenen, elektrischen Leitern (1), dadurch gekennzeichnet, dass die in den Nuten (20) aufgenommenen, elektrischen Leiter (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 ausgebildet sind.
20. Stator nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen in den Nu ten (20) aufgenommenen, elektrischen Leiter (1) zumindest über eine gesamte Längserstre ckung (28) einer jeweiligen Nut (20) vollumfänglich mit der zumindest einen Isolations schicht (10) ummantelt sind.
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