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Die Erfindung betrifft einen Isolatorkranz nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Stator und eine elektrische Maschine.
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Aus
DE 10 2015 216 322 A1 ist eine Plastikkappe für einen Wickelkopf eines Stators bekannt. Die Plastikkappe ist kreisscheibenförmig ausgebildet und ist im Bereich eines axialen Endes des Wickelkopfs angeordnet. Auf einer Stirnseite der Plastikkappe sind Aufnahmen für elektrische Leiter des Wickelkopfs angeordnet. Die Aufnahmen haben den Zweck, die elektrischen Leiter voneinander zu isolieren.
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Aus
WO 2017/121520 ist eine elektrische Maschine mit einem Stator bekannt. Der Stator umfasst eine Drehfeldwicklung, die an den Stirnseiten jeweils einen Wickelkopf ausbildet, wobei die Wickelköpfe in einem wärmeleitenden Vergussmaterial eingebettet sind. Dadurch sind die Wicklungen zum einen mechanisch fixiert und zum andern elektrisch voneinander isoliert.
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Aus dem Stand der Technik ist auch bekannt, die Stableiter eines Stators mit Hilfe von Isolationspapier voneinander zu isolieren.
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Das Vergießen des Wickelkopfs mit Harz bedarf eines eigenen Produktionsschritts und erfordert somit gesonderte Anlagen, die nur diesem Zweck dienen. Daraus resultieren zusätzliche Kosten für Betrieb und Instandhaltung dieser Anlagen. Ferner muss für den Produktionsschritt und die Nachbearbeitung zusätzliche Zeit aufgewendet werden. Das Isolieren der Stableiter mit Isolationspapier ist ebenfalls zeitaufwändig. Des Weiteren ist eine direkte Kühlung des Wickelkopfs, insbesondere der elektrisch leitenden Elemente des Wickelkopfs, bei dem oben genannten Stand der Technik nicht vorgesehen bzw. möglich.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Isolatorkranz für einen Stator anzugeben, der eine zuverlässige Wickelkopfisolierung, insbesondere mit Kühlung, für eine aus Stableitern zusammengesetzte Wicklung bereitzustellen ohne dass ein zusätzlicher, aufwändiger Produktionsschritt notwendig ist. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Stator und eine elektrische Maschine anzugeben.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit Blick auf
- - den Isolatorkranz durch den Gegenstand des Anspruchs 1,
- - den Stator durch den Gegenstand des Anspruchs 10
- - und die elektrische Maschine durch den Gegenstand des Anspruchs 13
gelöst.
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Konkret wird die Aufgabe durch einen Isolatorkranz für einen Stator, umfassend eine mit Stableitern zusammengesetzte Wicklung, wobei die Wicklung einen Wickelkopf ausbildet, gelöst. Der Isolatorkranz umfasst wenigstens eine erste Wandung, die durch einen ersten Hohlzylinder gebildet ist, wobei auf einer Oberfläche der ersten Wandung Trennwände, die aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet sind, sternförmig angeordnet sind. Die Trennwände erstrecken sich dabei über ausgehend von einer Statorstirnseite über eine axiale Höhe des Wickelkopfs.
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Der Isolatorkranz ist an einer Stirnseite des Stators angeordnet. Der an einer Stirnseite des Stators axial über den Stator hinausragende Bereich der elektrischen Wicklungen wird als Wickelkopf bezeichnet. Der Wickelkopf umfasst Stableiter. Unter Stableiter sind elektrische Leiter zu verstehen, welche in Nuten eines Blechpakets eingesetzt bzw. eingezogen sind. Stableiter können einteilig (Massivleiter) oder mehrteilig (Drahtlitzen) sein und beispielsweise in Form von Haarnadeln (Hairpins) oder I-förmig (I-Pins) ausgebildet sein. Stableiter können insbesondere auch als formverpresste und verdrillte Drahtlitzen ausgestaltet sein. Unter Statorstirnseite ist die durch ein axiales Ende des Stators, insbesondere durch das Ende eines Statorblechpakets, gebildete Stirnfläche zu verstehen.
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Die Stableiter weisen Kontaktbereiche auf, über welche Stableiter paarweise zu Halbspulen verbunden werden. Die Stableiter können unmittelbar (aufeinander zugebogen und verschweißt) oder mittelbar (über Stirnverbinder/Verschaltungsstege) verbunden oder verbindbar sein. Vorzugsweise reichen die Stableiter geradlinig in den Wickelkopf hinein. Die sternförmig angeordneten Trennwände des Isolatorkranzes sind im montierten Zustand zwischen den Stableitern angeordnet. Die Trennwände erstrecken sich ausgehend von einer Statorstirnseite über eine axiale Höhe des Wickelkopfs. Vorzugsweise sind die Trennwände höher ausgebildet als die gesamte axiale Höhe des Wickelkopfs. Dadurch sind insbesondere die Kontaktbereiche der Stableiter voneinander elektrisch isoliert und vorzugsweise auch mechanisch fixiert. Dabei erstrecken sich die Trennwände je nach Bauweise des Stators vom Hohlzylinder ausgehend nach innen oder nach außen.
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Durch den Isolatorkranz ist keine Imprägnierung, d.h. ein Vergießen des Wickelkopfs mit Harz, notwendig. Auch auf Isolationspapier kann verzichtet werden. Die Isolierung erfolgt durch die Trennwände, die sich vom Hohlzylinder radial erstrecken. Insbesondere sind durch die Trennwände Luft- und Kriechstrecken zwischen den einzelnen Stableitern erhöht derart, dass die Stableiter mit geringerem Abstand zueinander positioniert werden können, ohne normativ vorgegebene Luft- und Kriechstrecken zu unterschreiten.
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Als Kriechstrecke bezeichnet man die kürzeste Entfernung entlang einer Oberfläche eines festen Isolierstoffes zwischen zwei leitenden Elementen. Als Luftstrecke bezeichnet man die kürzeste Entfernung zwischen zwei leitenden Elementen.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine zweite Wandung, die durch einen Hohlzylinder gebildet ist und deren Innendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser der ersten Wandung, koaxial um die erste Wandung angeordnet und die Trennwände erstrecken sich radial zwischen der ersten Wandung und der zweiten Wandung. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft für alle Formen von Stableitern.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Trennwände aus einem elastischen Material gebildet. Dadurch sind die Trennwände flexibel und können sich unterschiedlichen Geometrien anpassen und Toleranzen ausgleichen.
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Vorzugsweise sind die Trennwände keilförmig ausgebildet. Die Keilform kann sich dabei auf die axiale Erstreckung oder die radiale Erstreckung der Trennwände beziehen. In anderen Worten: Bei einem Schnitt durch den Isolatorkranz tangential und/oder senkrecht zu einer Längsachse des Stators ergibt sich ein keilförmiger Querschnitt der Trennwände. Die Spitze des Keils ist bevorzugt in Einsetzrichtung des Isolatorkranzes ausgebildet. Dadurch ist ein Verspannen der Kontaktbereiche möglich und die Kontaktbereiche sind gegenüber Vibrationen unempfindlicher.
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Weiter vorzugsweise weisen die Trennwände Befestigungselemente, insbesondere Klemmelemente oder Noppen, auf. Die Befestigungselemente senken die Vibrationsneigung der Stableiter, insbesondere der Kontaktbereiche der Stableiter. Dadurch sind insbesondere die Verbindungen in den Kontaktbereichen weniger belastet. Andere Arten von Befestigungselementen sind denkbar.Insbesondere können Keilform und Befestigungselemente kombiniert werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Ringscheibe mit einer Stirnseite des ersten und/oder des zweiten Hohlzylinders koaxial verbunden oder verbindbar. Die Ringscheibe dient als Anschlag bei der Montage des Isolatorkranzes und/oder als Schutzabdeckung für die Kontaktbereiche der Stableiter.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Isolatorkranz durch ein Fluid, insbesondere ein Kühlfluid, durchströmbar und die Ringscheibe weist jeweils wenigstens einen Zulauf und einen Ablauf auf, wobei der Zulauf radial außen und der Ablauf radial innen angeordnet ist. Dadurch ist eine Fluidströmung von radial außen nach radial innen oder in die entgegengesetzte Richtung möglich. Die Fluidströmung dient vorzugsweise der Kühlung des Wickelkopfs. Es ist denkbar, dass die Fluidströmung radiale und/oder umfängliche Anteile aufweist. Die Trennwände können dabei paarweise Kühlkanalabschnitte ausbilden.
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Vorteilhafterweise weisen die Trennwände fluidleitende Elemente auf. Diese könnenVerwirbelungen im Fluidstrom zur Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen Wicklung und Kühlfluid erzeugen.
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Es ist von Vorteil, wenn der Isolatorkranz mehrteilig ausgebildet ist. Dadurch ist eine axiale und/oder radiale Montage von innen und/oder von außen möglich.
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Im Rahmen der Erfindung wird ein Stator, insbesondere für einen Elektromotor, mit einer Vielzahl von Stableitern, wobei der Stator wenigstens einen Isolatorkranz umfasst und die Trennwände zwischen mindestens einem Teil der Stableiter angeordnet sind, offenbart und beansprucht.
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Vorzugsweise weist der Stator eine mit den Stableitern korrespondierende Vielzahl von elektrischen Verbindungstegen auf. Somit ist eine einfache Verschaltung der Stableiter untereinander möglich.
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Weiter vorzugsweise ist der Isolatorkranz an einer im Stator angeordneten Dichtmatte angepresst, so dass ein abgeschlossener Fluidkreislauf gebildet ist. Die Dichtmatte ist so mit einem gleichmäßigen Flächendruck beaufschlagt. Insbesondere ergibt sich eine Anpressung der Dichtmatte über mehr als nur eine Ringfläche einer Innen- und/oder Außenbewandung. Dadurch liegt die Dichtmatte sehr viel steifer an den Stableitern an, wodurch sich die Dichtwirkung verbessert.
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Die Dichtmatte ist bevorzugt einteilig ausgebildet, um die Teileanzahl gering zu halten. Eine mehrteilige Ausführung, insbesondere eine sektorale Aufteilung in eine Vielzahl von Ringsektorabschnitten um die Rotationsachse und/oder eine radiale Aufteilung in eine Vielzahl von konzentrischen Dichtelementen, ist gleichwohl möglich.
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Im Rahmen der Erfindung wird ferner eine elektrische Maschine mit einem Stator offenbart und beansprucht.
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Die Erfindung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele unter Bezug auf die beigefügten schematischen Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Statorblechpakets mit eingesetzten Stableitern
- 2 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Statorblechpakets mit eingesetzten Stableitern und einem Isolatorkranz
- 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Isolatorkranzes ohne Befestigungselemente
- 4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Isolatorkranzes mit Befestigungselementen
- 5a eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Isolatorkranzes
- 5b eine weitere perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Isolatorkranzes gemäß der 5a
- 6 eine perspektivische Darstellung eines bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Stators mit einem Isolatorkranz
- 7a eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Wickelkopfs mit mehreren Verschaltungsebenen
- 7b eine weitere perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Wickelkopfs mit mehreren Verschaltungsebenen
- 8 eine weitere perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Wickelkopfs mit mehreren Verschaltungsebenen
- 9a eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels von zusammengesetzten Verschaltungsebenen mit Isolatorkranz
- 9b eine weitere perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels von zusammengesetzten Verschaltungsebenen mit Isolatorkranz
- 10 einen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines Stators
- 11 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Dichtmatte
- 12 eine schematische Draufsicht eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Wickelkopfs mit einem Isolatorkranz und einer Fluidkühlung
- 13 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels nach 12
- 14 eine weitere schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels nach 12
- 15 eine weitere schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels nach 12
- 16 eine weitere schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels nach 12
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Statorblechpakets 25 eines Stators 10 mit eingesetzten Stableitern 21. Das Statorblechpaket 25 hat im Wesentlichen die Form eines Hohlzylinders. Das Statorblechpaket weist an den axialen Enden jeweils eine Stirnseite oder Stirnfläche auf. Diese kann auch als Statorstirnseite angesprochen werden. Das Statorblechpaket 25 weist auf der Innenseite über den Umfang verteilt sich axial erstreckende Statornuten auf. In den Statornuten sind jeweils zwei Stableiter 21 zur Ausbildung eines 2-Lagen-Systems angeordnet. Die Stableiter bilden einen Teil einer zusammengesetzten Wicklung. Unter Stableitern 21 sind insbesondere Hairpins oder I-Pins zu verstehen. Sie können mehrteilig als Drahtlitzen, beispielsweise formverpresste Drahtlitzen gebildet sein. Die Stableiter 21 weisen an ihren axialen Enden Kontaktbereiche, die zur Herstellung einer Wicklung mittel- oder unmittelbar elektrisch verbunden werden, auf.
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Weisen die unterschiedlichen Stableiter unterschiedliche Spannungspotentiale auf, müssen diese ausreichend voneinander isoliert werden. In der Vergrößerung sind die Kriechstrecken (Linien mit ausgefüllten Endpunkten) und die Luftstrecken (Linien mit nicht ausgefüllten Endpunkten) dargestellt. Als Kriechstrecke bezeichnet man die kürzeste Entfernung entlang einer Oberfläche eines festen Isolierstoffes zwischen zwei leitenden Elementen. Als Luftstrecke bezeichnet man die kürzeste Entfernung zwischen zwei leitenden Elementen.
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2 zeigt ein zu 1 identisches Statorblechpaket 25. In 2 ist zusätzlich ein Isolatorkranz an einer Stirnseite angeordnet. Der Isolatorkranz ist koaxial auf dem Statorblechpaket 25 angeordnet. Der Isolatorkranz umfasst eine erste Wandung 11 und eine zweite Wandung 14. Die Wandungen 11, 14 sind jeweils durch zwei konzentrisch zueinander angeordnete Hohlzylinder 12, 15 gebildet, wobei der Innendurchmesser des zweiten Hohlzylinders 15 größer ist als der Außendurchmesser des ersten Hohlzylinders 12. Zwischen den beiden Wandungen 11, 14 erstrecken sich radiale Trennwände 13. Die Trennwände 13 sind sternförmig angeordnet. Die Trennwände sind im Querschnitt paralell einer Längsachse des Stators sowie im Querschnitt senkrecht zur Längsachse des Stators gleichmäßig, insbesondere nicht keilförmig, ausgeführt. Im montierten Zustand sind die Trennwände 13 zwischen den Stableitern 21 angeordnet. Sie erstrecken sich axial gesehen im Wesentlichen von der Statorstirnseite bis zum axialen Ende des Wickelkopfes. Das axiale Ende des Wickelkopfes kann dabei vom Ende eines Stableiters gebildet sein. Dadurch sind die Stableiter 21 unterschiedlicher Nuten, insbesondere in den Kontaktbereichen, elektrisch isoliert und mechanisch fixiert. Außerhalb der Kontaktbereiche können die Stableiter einen Isolationsmantel aufweisen, der beispielsweise als Extrudat aufgebracht ist. Stableiter derselben Nut können außerdem durch ausreichend große Abstände ohne Einbringen zusätzlichen Materials voneinander (luft)isoliert sein. Stableiter derselben Nut sind daher vorzugsweise unterschiedlich lang ausgeführt.
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3 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen montierten Isolatorkranz gemäß 2. Wie in 2 erstrecken sich zwischen der ersten Wandung 11 und der zweiten Wandung 14 Trennwände 13. Zwischen den Trennwänden 13 sind die Stableiter 21 angeordnet.
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4 ist im Wesentlichen zur 3 identischmit dem Unterschied, dass die Trennwände 13 Befestigungselemente 16 aufweisen. Diese sind in diesem Ausführungsbeispiel als Noppen oder Rillen ausgebildet, die paarweise je einem Stableiter 21 zugeordnet sind und an diesen anliegen bzw. die Stableiter 21 verklemmen. Es können ein oder mehrere Befestigungselemente vorgesehen sein. Die Befestigungselemente können längs der Statorlängsachse durchgehend oder unterbrochen ausgeführt sein. Die Befestigungselemente 16 mindern so die Vibrationsneigung der Stableiter 21. Andere Formen von Befestigungselementen 16 sind denkbar. Die Trennwände 13 sind außerdem formschlüssig in der ersten Wandung fixiert. Der Formschluss ist als Nut-Feder-Verbindung ausgebildet. Dies erhöht die Steifigkeit der Baugruppe.
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5a und 5b zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Isolatorkranzes. Der Isolatorkranz umfasst eine erste Wandung 11, Trennwände 13 und eine Ringscheibe 17. Die erste Wandung 11 ist durch einen Hohlzylinder 12 gebildet. Auf der Außenseite der ersten Wandung 11 sind über den Umfang verteilt die Trennwände 13 angeordnet. Im Gegensatz zu dem in den vorangegangenen Figuren beschriebenen Isolatorkranz, weist der hier beschriebene keine zweite Wandung 14 auf. Die Trennwände erstrecken sich frei radial nach außen. Die Ringscheibe 17 ist koaxial an einer Stirnseite der ersten Wandung 11 angeordnet. Der Außendurchmesser der Ringscheibe 17 ist derart dimensioniert, dass die Ringscheibe 17 die Trennwände 13 überragt. Auf der Ringscheibe 17 ist ringförmiger Fortsatz angeordnet. Der ringförmige Fortsatz weist eine sich über den äußeren Umfang erstreckende Nut auf. Die Nut dient der Aufnahme einer Dichtung, insbesondere eines O-Rings.
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Der dargestellte Isolatorkranz umfasst ferner einen Zulauf 18 und einen Ablauf 19 für ein Fluid, insbesondere für ein Kühlfluid, die mit einem Fluidkreislauf verbindbar sind. Am radial äußeren Rand der Ringscheibe 17 ist der Zulauf 18 angeordnet. Der Zulauf 18 ist als ein kreisförmiger Spalt zwischen dem äußeren Rand der Ringscheibe 17 und dem in 6 abgebildeten Gehäuse ausgebildet. Der Innendurchmesser der Ringscheibe 17 ist größer als der Außendurchmesser des Hohlzylinders 12. Die Ringscheibe 17 ist auf einem axialen Ende der Trennwände 13 angeordnet. Dadurch ist zwischen der ersten Wandung 11 und der Ringscheibe 17 ein Ringspalt ausgebildet. Der Ringspalt bildet den Ablauf 19 für das Fluid. Das Kühlfluid fließt im Wesentlichen von dem Zulauf 18 am äußeren Rand der Ringscheibe 17 zu dem radial innen angeordneten Ablauf 19. Dazwischen durchströmt das Kühlfluid den Wickelkopf und die Trennwände 13 des Isolatorkranzes, bevor es aus dem Ablauf 19 wieder austritt. Es ist denkbar, dass die Fluidströmung radiale und/oder umfängliche Anteile aufweist. Es ist weiterhin denkbar, dass die Trennwände 13 fluidleitende Elemente aufweisen, um den Wärmeübergang zwischen den zu kühlenden Bereichen, insbesondere den Stableitern 21 und/oder den Verbindungsstegen 22, und dem Kühlfluid zu verbessern. Hierfür können beispielsweise Nasen, Hervorhebungen und/oder Vertiefungen an den Trennwänden angebracht sein, die sich längs und/oder quer zur Strömungsrichtung eines Fluids erstrecken. Denkmöglich sind auch durch aus Hervorhebung einer Trennwand 13 und Seitenfläche eines Stableiters 21 ausgebildete Drosselspalten, beispielsweise zur gezielten Verwirbelung der Strömung in diesem Bereich.
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In 6 ist ein Ausführungsbeispiel eines Stators 10 im montiertem Zustand in Explosionsdarstellung gezeigt. Der gezeigte Stator 10 ist zur Erzeugung eines magnetischen Drehfelds gleichermaßen für Asynchronmaschinen als auch für Synchronmaschinen geeignet. Der Stator 10 umfasst einen Isolatorkranz, der im Wesentlichen dem Isolatorkranz aus den 5a und 5b entspricht, ein Statorblechpaket 25 mit Stableitern 21 entsprechend den 1 und 2, ein Gehäuse und zwei Wickelköpfe, wobei je ein Wickelkopf an einem axialen Ende des Stators 10 angeordnet ist. Als Wickelkopf wird der axial über den Stator 10 hinausragende Bereich der elektrischen Wicklungen bezeichnet.
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Der Wickelkopf im eigentlichen Sinn umfasst die Kontaktbereiche der einzelnen Stableiter 21 und elektrisch leitende Verbindungsstege 22. Im weiteren Sinne umfasst der Wickelkopf auch Isolatorscheiben 24, eine Dichtmatte 23 und den Isolatorkranz.
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Die Stableiter 21 sind in den Statornuten des Statorblechpakets 25 angeordnet. Das Statorblechpaket 25 ist koaxial in einem Gehäuse angeordnet. Auf dem vom Statormittelpunkt abgewandten axialen Ende des Statorblechpakets 25 ist die Dichtmatte 23 koaxial angeordnet derart, dass die Dichtmatte 23 auf den Statornuten abdichtend aufliegt. Auf der Dichtmatte 23 sind die Verschaltungsebenen angeordnet. Die Verschaltungsebenen bilden sich aus den Verbindungsstegen 22, den Isolatorscheiben 24 und den Kontaktbereichen der Stableiter 21. Der Isolatorkranz mit dem Deckelteil 17 ist auf der letzten Verschaltungsebene angeordnet. Die Trennwände 13 des Isolatorkranzes erstrecken sich axial gesehen über alle Verschaltungsebenen.
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Die 7a, 7b, und 8, zeigen mit Blick auf 6 verschiedene perspektivische Darstellungen der Verschaltungsebenen im montierten Zustand. Dabei ist in 7a und 7b die Isolatorscheiben 24 (ohne Verschaltungsstege 22) gut erkennbar, die die Verbindungsstege 22 voneinander elektrisch isolieren. In 8 sind die Isolatorscheiben 24 mit eingelegten Verbindungsstegen 22 gut erkennbar, die die Stableiter 21 miteinander verbinden.
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Die 9a und 9b zeigen den Isolatorkranz im montierten Zustand mit den Verbindungsstegen 22 und den Isolatorscheiben 24. 9a zeigt dabei eine perspektivische Ansicht von oben und 9b eine perspektivische Ansicht von unten. Die Verbindungsstege 22 und die Isolatorscheiben 24 bilden einen wesentlichen Teil des Wickelkopfs. Der Isolatorkranz ist in der aus Verbindungsstegen 22 und Isolatorscheiben 24 gebildete Baugruppe koaxial angeordnet derart, dass die Ringscheibe 17 auf einer stirnseitigen Verschaltungsebene eng, insbesondere abdichtend, aufliegt. Der Isolatorkranz kann dazu mit einer zusammenpressenden Kraft axial beaufschlagt sein.
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In 10 ist ein Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel des Stators 10 gezeigt. Der Stator 10 umfasst einen Wickelkopf, Stableiter 21, Verbindungsstege 22 und einen Isolatorkranz. Am in Einbaurichtung axialen Ende des Isolatorkranzes ist die Dichtmatte 23 angeordnet. Die Dichtmatte 23 liegt auf den Statornuten auf. Der Isolatorkranz übt einen gleichmäßigen Flächendruck auf die Dichtmatte 23 aus. Durch die gleichmäßigere Verteilung der Anpresskraft verbessert sich die Dichtwirkung der Dichtmatte 23. Der Isolatorkranz kann dazu mit einer zusammenpressenden Kraft axial beaufschlagt sein.
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11 zeigt die Dichtmatte 23 aus 6 und 10. Die aus elastischem Material bestehende Dichtmatte 23 ist Ringscheiben-förmig ausgebildet. Die Dichtmatte 23 weist schmale, längliche Öffnungen auf, die in Umfangsrichtung angeordnet sind. Anders gesagt sind die Öffnungen als sich zum Mittelpunkt der Dichtmatte 23 hin verjüngende Schlitze ausgebildet, die der Form der Statornuten bzw. der Stableiter entsprechen, jedoch kleiner ausgeführt. Andere Formen sind denkbar. In den Öffnungen sind im eingebauten Zustand die Stableiter 21 angeordnet, welche die Öffnungen der Dichtmatte 23 elastisch dehnen. Vorteilhafterweise sind daher die Öffnungen an die Geometrie der Stableiter 21 angepasst.
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12-16 zeigen ein Ausführungsbespiel für einen aus unmittelbar miteinander verbundenen Stableitern 21 gebildeten Wickelkopf.
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12 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Isolatorkranzes mit einer Fluidkühlung. Der Isolatorkranz umfasst eine erste Wandung 11 und eine zweite Wandung 14, zwischen denen Trennwände 13 sternförmig angeordnet sind. Zwischen den Trennwänden 13 sind die Stableiter 21, insbesondere die Kontaktbereiche der Stableiter 21, angeordnet. Die Stableiter 21 sind als Hairpins ausgebildet (nicht dargestellt). Alternativ sind andere Arten von Stableitern 21, denkbar. Die Stableiter 21 sind in Nuten eines Statorblechpakets angeordnet. Die Wicklung ist 4-lagig ausgebildet, so dass jede Nut vier Stableiter umfasst. Das Kühlfluid strömt radial von außen nach innen. Es ist dabei denkbar, dass die Strömungsrichtung nur teilweise radial verläuft. Insbesondere ist es denkbar, dass die Fluidströmung teilweise radial und teilweise in Umfangsrichtung des Isolatorkranzes verläuft.
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13 zeigt eine Seitenansicht der zweiten Wandung 14 des in 12 dargestellten Isolatorkranzes. Der Isolatorkranz ist auf dem Statorblechpaket 25 angeordnet. Die zweite Wandung 14 umfasst den Zulauf 18 für das Kühlfluid. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Zulauf 18 als teilweise unterbrochener Spalt ausgebildet, der sich über den Umfang der zweiten Wandung 14 erstreckt. D.h. die Abstände zwischen den Spalten sind so klein, dass im Wesentlichen ein Ringspalt gebildet ist. Andere Formen des Zulaufs 18 sind denkbar. Der Zulauf 18 erstreckt sich über den kompletten Umfang der zweiten Wandung 14. Genauer ist der Zulauf 18 in Richtung des vom Statorblechpaket 25 abgewandten axialen Endes des Isolatorkranzes in der zweiten Wandung 14 angeordnet.
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14 zeigt eine Seitenansicht der ersten Wandung 11 des in 12 dargestellten Isolatorkranzes. Die erste Wandung 11 umfasst den Ablauf 19 für das Kühlfluid. Der Ablauf 18 ist an dem axialen Ende der ersten Wandung 11 angeordnet, das dem Statorblechpaket 25 zugewandt ist. Der Ablauf 19 ist als über den Umfang der ersten Wandung 11 verteilte Öffnungen ausgebildet, wobei die Breite der Öffnungen vorzugsweise dem Abstand er Trennwände 13 entspricht. Es sind andere Formen, beispielsweise ein Ringspalt, für den Ablauf 19 denkbar.
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In 15 ist ein Schnitt durch den Isolatorkranz dargestellt. Auf dem von dem Statorblechpaket abgewandten axialen Ende ist die Ringscheibe 17 angeordnet. Zwischen der Ringscheibe 17 und dem Statorblechpaket sind die Kontaktbereiche der Stableiter 21 angeordnet. Die Stableiter 21 sind als Hairpins ausgebildet. Ein Hairpin ist ein einstückig ausgebildeter Stableiter, welcher u-förmig bzw. haarnadelförmig gebogen ist und sich durch zwei unterschiedliche Statornuten zieht. Ein Hairpin muss daher nur einer einer Seite eines Statorblechpakets kontaktiert werden. Zwischen den Stableitern 21 sind Trennwände 13 angeordnet. Die Trennwände 13 sind halbhoch ausgebildet. Dadurch sind die Trennwände 13 zwischen den Hairpins anordenbar, insbesondere einschiebbar. Vorteilhafterweise ist der Isolatorkranz daher in diesem Ausführungsbeispiel mehrteilig ausgebildet. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Trennwände elastisch ausgebildet sind, um diese einfacher zwischen den Hairpins anzuordnen. Insbesondere kann auf einen auf den Hairpins aufgebrachten, beispielsweise spröden Isolationsmantel aus Keramik verzichtet werden, der durch die Verbiegung der Stableiter bruch- bzw. rissgefährdet wäre.16. zeigt einen Querschnitt des Isolatorkranzes nach den 12 bis 15. Wie bereits in den 12 bis 15 beschrieben, weist der Isolatorkranz einen Zulauf 18, der an der zweiten Wandung 14 angeordnet ist, und einen Ablauf 19, der an der ersten Wandung 11 angeordnet ist, auf.
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Zwischen der ersten Wandung 11 und der zweiten Wandung 14 sind die in Umfangsrichtung als Hairpins ausgebildeten Stableiter 21 angeordnet. Zwischen den Hairpins sind die halbhohen Trennwände 13 angeordnet. Die Trennwände 13 erstrecken sich von der ersten Wandung 11 bis kurz vor die zweite Wandung 14. D.h. die Trennwände 13 sind nur mit der ersten Wandung 11 verbunden oder verbindbar. Um den Isolatorkranz auf dem Wickelkopf anzuordnen, so dass die Trennwände 13 zwischen den Hairpins anordenbar sind, ist es sinnvoll zunächst die erste Wandung 11 mitsamt den Trennwänden 13 auf dem Wickelkopf zu montieren und anschließend die zweite Wandung 14 anzubringen. Der Pfeil beschreibt die Richtung des Fluidstroms im Isolatorkranz. Das Fluid fließt demnach vom Zulauf 18 radial in Richtung des Ablaufs 19.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Stator
- 11
- erste Wandung
- 12
- erster Hohlzylinder
- 13
- Trennwand
- 14
- zweite Wandung
- 15
- zweiter Hohlzylinder
- 16
- Befestigungselemente
- 17
- Ringscheibe
- 18
- Zulauf
- 19
- Ablauf
- 21
- Stableiter
- 22
- Verbindungssteg
- 23
- Dichtmatte
- 24
- Isolatorscheibe
- 25
- Statorblechpaket
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015216322 A1 [0002]
- WO 2017/121520 [0003]