DE102010041396A1

DE102010041396A1 - Wickelkörper zur Aufnahme einer Wicklung einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102010041396A1
Application number: DE102010041396A
Authority: DE
Inventors: Ralf Rönnebeck; Khalid Jafoui; Manfred Zimmer
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2010-09-27
Filing date: 2010-09-27
Publication date: 2012-03-29

Abstract

Es wird ein Wickelkörper zur Aufnahme einer Wicklung einer elektrischen Maschine beschrieben, dessen Oberfläche zumindest in einem Bereich mit einer Strukturierung ausgeführt ist, welche derart beschaffen ist, dass ein auf den Wickelkörper aufzubringendes oder aufgebrachtes flüssiges Tränkmittel in diesem Bereich bei dessen Aushärten eine Schicht mit einer bezogen auf diesen Bereich im Wesentlichen homogenen Schichtdicke auszubilden vermag.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wickelkörper zur Aufnahme einer Wicklung, wie dieser beispielsweise an sich bereits aus der DE 100 02 485 A1 oder der DE 100 46 030 C2 bekannt ist, um damit eine aus einem elektrischen Leiter bestehende Wicklung isoliert an Zähnen bzw. innerhalb von Nuten eines Stator- oder Rotorblechpakets einer elektrischen Maschine festzulegen. In den genannten Schriften dienen jeweils zwei der dort beschriebenen Kunststoff-Wickelkörper zur Herstellung einer Zahnspule eines Stators, was jedoch hinsichtlich des Gegenstandes der vorliegenden Erfindung nicht zwingend ist.
Üblicherweise werden die Wicklungen von elektrischen Maschinen, wie dieses auch in den genannten Druckschriften erläutert ist, aus einem isolierten elektrischen Leiter, bspw. aus einem Kupferlackdraht oder einem Backlackdraht ausgeführt, wodurch die einzelnen Windungen der Wicklung gegeneinander vor Kurzschlüssen isoliert und vor elektrischen Überschlägen geschützt sind. Die Herstellung solcher Leiterdrähte ist durch das Aufbringen mehrerer geschlossener Schutzschichten sehr aufwändig. Beim Herstellen und Aufbringen der Wicklung auf den Stator oder den Rotor der elektrischen Maschine wird der Wicklungsdraht, insbesondere durch die im Bereich der Wickelköpfe vergleichsweise kleinen Biegeradien sehr stark beansprucht, wodurch die Isolationsschicht aufbrechen kann. Derartige, mit bloßem Auge zumeist nicht sichtbaren Beschädigungen sind in trockener Umgebung oft unproblematisch. Erst beim Auftreten von Feuchtigkeit können sich an solchen Schadstellen Kriechströme ausbilden und auch Wicklungskurzschlüsse auftreten.
Zum noch besseren Schutz der wicklungstragenden Baugruppen und zur Unterstützung der Abfuhr von Wärmeverlusten der elektrischen Maschine werden diese Baugruppen imprägniert, indem die Oberfläche und die Hohlräume des bereits mit der Wicklung bestückten Rotors und/oder Stators in einem Ganztränkverfahren mit einem Tränkmittel, insbesondere einem Silikon-, Epoxyd-, Polyesterkunstharz oder einem anderen Imprägnierharz vollständig ummantelt bzw. ausgefüllt werden. Die dauerhafte Fixierung des Elektrotränkharzes erfolgt durch einen Aushärtprozess, bei dem durch den Einfluss von Wärme und/oder kurzwelliger UV-Strahlung eine Polymerisation des Harzes herbeigeführt wird.
Es hat sich gezeigt, dass das Tränkmittel im Ergebnis des Tränkverfahrens, insbesondere an freien Oberflächenbereichen der Wickelkörper, nicht wie gewünscht einen möglichst homogenen Überzug ausbildet, sondern statt dessen dort, bedingt durch Schwerkraft- und/oder Fliehkrafteinwirkung, beim Aushärten unerwünschte, zumeist tropfenförmige Tränkmittelanhäufungen auftreten können. Diese Anhäufungen sind insofern nachteilig, da hierdurch die Wärmeabgabe der wicklungstragenden Baugruppe durch einen sich beim Betrieb entstehenden Wärmestau behindert wird und an diesen Anhäufungen auch zur Luftkühlung vorgesehene Spalte durch Tränkmittel verschlossen werden können, was die Effizienz einer elektrischen Maschine herabsetzen kann.
Zur Lösung des vorstehend erläuterten Problems wird bei einem Wickelkörper der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dessen Oberfläche zumindest in einem Bereich mit einer Strukturierung auszuführen, welche derart beschaffen ist, dass ein auf den Wickelkörper aufzubringendes oder aufgebrachtes flüssiges Tränkmittel in diesem Bereich bei dessen Aushärten eine Schicht mit einer bezogen auf diesen Bereich im Wesentlichen homogenen Schichtdicke auszubilden vermag.
Durch die vorgeschlagene Ausbildung eines Wickelkörpers werden nach Vorgabe im Wesentlichen ebene und zumeist glatte Oberflächenbereiche, von denen ein flüssiges Tränkmittel beim Aushärten unerwünscht leicht ablaufen kann, bewusst vermieden. Stattdessen werden durch eine Strukturierung der Oberfläche Anlagerungsstellen für das Tränkmittel erzeugt, an denen sich das Tränkmittel während des Aushärtens bevorzugt anlagern und dort bestenfalls nur geringfügig aufstauen kann, so dass das Tränkmittel über die strukturierte Fläche im Wesentlichen gleichmäßig verteilt ist und eine unerwünschte makroskopische Tropfenbildung vermieden wird. Bezogen auf einen vorgegebenen Oberflächenbereich eines Wickelkörpers kann sich somit ein geschlossener Tränkmittelfilm mit einer im Wesentlichen gleich bleibenden Schichtdicke einstellen. Die vorgeschlagene Strukturierung kann auf der gesamten Oberfläche eines Wickelkörpers oder lediglich auf Teilbereichen ausgebildet sein, z. B. auf den nicht unmittelbar an der Wicklung anliegenden Flächen und/oder insbesondere innerhalb eines im Wesentlichen ebenen Oberflächenbereichs.
So kann bei der Verwendung eines in der DE 100 46 030 C2 beschriebenen Wickelkörpers mit einem Wickelbereich, der durch einen Steg und zwei den Wickelbereich in radialer Richtung begrenzende und mit dem Steg verbundene Schenkel gebildet ist, wobei ein Verschlusselement zum Begrenzen des Wickelbereiches an dessen dem Steg gegenüberliegender Seite vorgesehen ist, das Verschlusselement mit einer Strukturierung ausgeführt werden. Bei zwei in Umfangsrichtung an einem Stator einer elektrischen Maschine benachbarten Spulen mit einem derartigen Wickelträger kann somit bei einem Imprägniervorgang eine Tropfenbildung und ein unerwünschtes Verschließen des Zwischenraumes zwischen zwei benachbarten Verschlusselementen vermieden werden.
Die hier vorgeschlagene Strukturierung kann vorzugs-, jedoch nicht zwangsweise, periodisch und beispielsweise linienförmig oder wabenförmig und gegenüber einer Ausgangsfläche des Wickelkörpers erhaben oder vertieft angelegt sein. Zur Erzielung eines bestmöglichen Ergebnisses können die Strukturparameter in Abhängigkeit von einem zu verwendenden Tränkmittel und einem anzuwendenden Aushärtprozess durch Routineversuche optimiert werden. Die Struktur kann günstigerweise bei der Fertigung des Wickelkörpers direkt erzeugt werden, beispielsweise durch eine entsprechende Ausgestaltung einer Form eines Kunststoff-Spritzguss-Wickelkörpers.
Es hat sich bei einer Wicklung unter Verwendung von Kunststoff-Wickelkörpern, die in einem in der EP 2 124 318 A1 beschriebenen Ganztränkverfahren unterzogen wurden als vorteilhaft herausgestellt, diese als periodisches Muster, insbesondere mit streifenförmig angeordneten erhaben Stegen auszubilden. Als Werkstoff für einen solchen Wickelkörper kommen bevorzugt PPS-Materialien, insbesondere ein PPS-PA66-GF40 zum Einsatz. Die Schichtdicke des aufgebrachten Tränkmittels entspricht dabei zumindest der Tiefe der eingebrachten Strukturierung und kann aber auch ein Mehrfaches, insbesondere das Zweifache oder das Dreifache der Strukturtiefe darstellen. Die Strukturierung kann beispielsweise auch rillen-, krater- oder wabenförmig ausgebildet sein. Unabhängig von der konkret gewählten Strukurform hat sich eine Strukturtiefe von ca. 0,08–0,12 mm, vorzugsweise 0,1 mm, und ein mittlerer Strukturabstand von etwa 0,8–1,2 mm, vorzugsweise 1 mm bei einer Schichtdicke des Tränkmittels von etwa 0,1–0,2 mm als geeignet erwiesen, um das eingangs erläuterte Problem zu beseitigen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10002485 A1 [0001]
DE 10046030 C2 [0001, 0007]
EP 2124318 A1 [0009]

Claims

Wickelkörper zur Aufnahme einer Wicklung einer elektrischen Maschine, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Wickelkörpers zumindest in einem Bereich mit einer Strukturierung ausgeführt ist, welche derart beschaffen ist, dass ein auf den Wickelkörper aufzubringendes oder aufgebrachtes flüssiges Tränkmittel in diesem Bereich bei dessen Aushärten eine Schicht mit einer bezogen auf diesen Bereich im Wesentlichen homogenen Schichtdicke auszubilden vermag.
Wickelkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung innerhalb eines im Wesentlichen ebenen Oberflächenbereichs ausgeführt ist.
Wickelkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung auf einer nicht unmittelbar an der Wicklung anliegenden Fläche des Wickelkörpers ausgeführt ist.
Wickelkörper nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke des Tränkmittels zumindest der Tiefe der eingebrachten Strukturierung entspricht.