Für elektrische Maschinen werden Wicklungen unter anderem aus Formspulen verwendet, die vorrangig aus Rechteckleitern her- gestellt werden. Für die Rechteckleiter wurden bislang in al- ler Regel massive Aluminium-oder Kupferleiter eingesetzt. Es ist jedoch auch bekannt, Litzen für diesen Einsatzzweck zu verwenden, die zu Rechteckprofilen gewalzt werden.

In diesem Zusammenhang sind aus der Druckschrift WO 02/11268 Wicklungen für elektrische Maschinen mit Leitern aus Litze bekannt. Wicklungen, deren Spulen aus Litze hergestellt sind, erlauben demnach eine einfachere Herstellung als herkömmliche Formspulenwicklungen mit Rechteckdrähten. Der Begriff"Litze" hat auch hier die in der Technik übliche Bedeutung. Bei einer Litze handelt es sich nämlich um eine Vielzahl von Kupfer- drähten beziehungsweise Filamenten, die miteinander verseilt und verpresst sind. Die Drähte selber sind in der Regel nicht isoliert, aber die Litze, die von viereckigem oder rechtecki- gem Querschnitt ist, wird mit einer Außenisolierung versehen.

Es werden hochkant und flachkant gewickelte Spulen vorge- stellt, die aus Litze von rechteckigem Querschnitt bestehen.

Derartige Wicklungen eignen sich unter anderem für rotierende elektrische Hochspannungs-oder Niederspannungsmaschinen.

Weiterhin ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 199 05 747 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstel- lung einer Spule mit rechteckigem Draht bekannt. Ein kreis-

förmiger Draht mit einem kreisförmigen Querschnitt ist auf einem Spulenrad aufgewickelt. Wenn ein Wicklungsformmotor ei- ne Wicklungsform dreht, wird der kreisförmige Draht von dem Spulenrad gezogen. Rechteckformwalzen pressen den kreisförmi- gen Draht so, dass ein rechteckiger Draht mit einem recht- eckigen Querschnitt erzeugt wird. Der rechteckige Draht wird direkt auf die Wicklungsform aufgewickelt, um eine Spule mit rechteckigem Draht zu erzeugen.

Des Weiteren ist aus der deutschen Patentschrift DE 44 14 527 eine elektronisch kommutierte Gleichstrommaschine bekannt.

Sie besitzt Wicklungsabschnitte aus einer oder mehreren Lit- zen mit am Außenumfang beziehungsweise in den Zwischenräumen befindlichem, gehärtetem Kunststoff, wobei jede Litze eine Vielzahl dünner Filamente, die einzeln isoliert sind und in- nerhalb der Litze verdrillt angeordnet sind, aufweist. Das Leitermaterial jedes Wicklungsabschnitts ist mit flüssigem Kunstharz verpresst, um eine Statorwicklung mit einem Leiter- materialanteil von 70 bis 90 Vol. -% zu erhalten.

Die Wicklungen elektrischer Maschinen werden imprägniert, um sie zu versteifen sowie vor Durchschlägen und gegenüber Sub- stanzen aus der Umgebung zu schützen. Üblicherweise werden die Wicklungen zwischen den Drähten oder Litzen hierzu mit Kunstharz getränkt und das Kunstharz anschließend ausgehär- tet, wie dies bereits angedeutet wurde.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Schutz von Wicklungen, die in Litzentechnologie hergestellt sind, zu verbessern und gegebenenfalls auch eine Verbesserung von deren elektrischen Eigenschaften herbeizuführen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Spule für eine elektrische Maschine mit einer oder mehreren Windun- gen, die jeweils als Litze mit einer Vielzahl an Filamenten gestaltet sind, wobei Hohlräume zwischen den Filamenten mit

einem festen oder elastischen, gegebenenfalls elektrisch leitfähigen Füllmaterial gefüllt sind.

Ferner wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer Spule für eine e- lektrische Maschine durch Beschichten von Filamenten einer Litze mit einem härtungsaktiven Überzug, Formen der Litze zu einer vorgegebenen Spulenform und Tränken der geformten Litze mit einem aushärtbaren Füllmaterial, das bei Kontakt mit dem Überzug aushärtet.

Somit ist es möglich, die Litzen auch im Inneren gegenüber Umwelteinflüssen, Durchschlägen und dergleichen zu schützen, und zwischen den Filamenten der Litzen eine definierte Iso- lierung herzustellen, die zur Verbesserung der elektrischen Eigenschaften beiträgt.

Jede für das Wickeln der Spule verwendete Litze kann auch am Außenumfang mit dem Füllmaterial umgeben sein. Hierdurch kön- nen auch die Filamente am Außenumfang einer Spule wirksam ge- schützt werden.

Die für die Spule verwendete Litze kann derart gewalzt sein, dass sie ein Rechteckprofil besitzt. Damit kann eine hohe Nutfüllung gewährleistet werden, da die bei Runddrähten ent- stehenden Hohlräume vermieden werden. Die rechteckförmigen Litzen können vor oder nach dem Wickeln der Spulen mit dem jeweiligen Füllmaterial versehen werden.

Das Füllmaterial kann aus einem elektrischen leitfähigen Ma- terial bestehen. Dadurch kann die Feldstärkenverteilung im Außenbereich eines Litzenleiters gleichmäßiger gestaltet wer- den. Darüber hinaus stellt das Füllen der Hohlräume im Lit- zenleiter einen guten Wärmeübergang sicher und verbessert die mechanischen Eigenschaften der Wicklung im Wickelkopfbereich.

Zusätzlich wird eine höhere Formstabilität und ein höherer Füllfaktor des Leitermaterials erreicht.

Das Füllmaterial für die Hohlräume der Litze kann hochflexi- bel oder sogar viskoelastisch sein. Dies hätte den Vorteil, dass die Hohlräume zwischen den Litzenleitern bereits beim Wickeln aufgrund des dabei angewandten Drucks gut ausgefüllt werden können.

Vorzugsweise werden die Hohlräume zwischen den Filamenten in den Litzen auch durch Extrusion gefüllt.

Vorteilhafterweise werden die Filamente an ihrer Oberfläche mit einem das Füllmaterial härtungsaktivierenden Überzug um- geben. Damit kann ein Auslaufen eines Tränkharzes aus den Hohlräumen vermieden werden, wenn der Überzug beispielsweise als Beschleuniger oder Katalysator wirkt.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen : FIG 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Spule ; FIG 2 einen Querschnitt durch eine Litze, die zum Wickeln einer Spule gemäß FIG 1 verwendet wird ; FIG 3 einen Querschnitt durch eine Spule entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ; und FIG 4 einen Querschnitt durch eine Litze, wie sie zur Her- stellung einer Spule gemäß FIG 3 verwendet wird.

Die nachfolgenden Ausführungsformen stellen bevorzugte Aus- führungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar.

In FIG 1 ist eine Spule beziehungsweise ein Leiter 1 im Quer- schnitt dargestellt, wie sie/er üblicherweise in die Nuten einer elektrischen Maschine eingebracht wird. Je nach Ausfüh- rungsform besitzt er eine Teilleiter-oder Hauptisolierung 2 am Außenumfang. Im Inneren der Isolierung 2 befinden sich ei- ne Vielzahl von Filamenten 3. Zwischen mehreren Filamenten 3 und gegebenenfalls auch zwischen den am Rand befindlichen Fi-

lamenten 3 und der Isolierung 2 befindet sich eine elastische Einbettmasse 4.

Die elastische Einbettmasse 4 zum Füllen der Hohlräume im Litzenleiter 1 stellt einen guten Wärmeübergang zwischen den Filamenten 3 sicher und verbessert die mechanischen Eigen- schaften einer Wicklung im Wickelkopfbereich. Zusätzlich wird durch die Einbettmasse 4 eine höhere Formstabilität des Lei- ters 1 erreicht. Die fertigungstechnischen Vorteile der Lit- zentechnologie, nämlich das vereinfachte Einbringen der Lei- ter in die Nuten und das einfachere Biegen im Wickelkopfbe- reich, bleiben davon unberührt. Ebenfalls erhalten bleibt der Vorteil der Litzentechnologie, dass höhere Füllfaktoren des Leitermaterials in den Nuten erreicht werden können, da nur die Hohlräume zwischen den Filamenten 3 mit elastischer Ein- bettmasse gefüllt werden.

Die elastische Füllung besteht vorzugsweise aus einer Harzmi- schung, ggf. mit elektrisch-oder wärmeleitfähigen Zusätzen.

Als Harz können z. B. Epoxidharzmischungen, Polyesterharze, Polyurethane, Silikonharze und-kautschuke, Elastomere aber auch Thermoplaste eingesetzt werden. Das Litzenkupfer wird durch Tränkung, Spritzguss, Extrusion o. ä. mit der elasti- schen Masse gefüllt. Die Glasübergangstemperaturen der Füll- massen können zwischen-60°C und +90°C liegen.

Der Leiter 1 wird gefertigt, indem eine in FIG 2 dargestellte Litze 5 mehrfach um eine Schablone beziehungsweise Wickelform oder bereits in die entsprechende Nut der elektrischen Ma- schine gewickelt wird. Die einzelnen Litzen 5 werden an- schließend derart gegeneinander gepresst, dass beispielsweise der in FIG 1 dargestellte rechteckförmige Querschnitt des Leiters 1 erhalten wird. Dadurch, dass die Einbettmasse sehr elastisch, gegebenenfalls sogar viskoelastisch ist, werden sämtliche Hohlräume im Leiter 1 durch Einbettmasse 4 bezie- hungsweise Filamente 3 gefüllt. Die Einbettmasse dient hier- bei nicht nur zur mechanischen Verfestigung der Filamente be-

ziehungsweise Litzen untereinander, sondern auch zum verbes- serten Wärmetransport. Dies kann durch herkömmliche Techniken nicht immer gewährleistet werden. So könnten beispielsweise bei Resin Rich isolierten Wicklungen und bei mit einem be- schleunigerfreien Tränkmittel imprägnierten Wicklungsisolie- rungen in Ganz-oder Einzeltränkung die Zwischenräume der Litzen eines Leiters nicht oder nicht ausreichend mit Harz gefüllt werden, da das Tränkharz unter Umständen ausläuft.

Bei herkömmlichen Wicklungen mit aus Litzen ohne Füllmasse gefertigten Leitern können sich im Außenbereich des gewalzten Rechteckleiters im Vergleich zum gängigen Massivkupferleiter wegen der kleinen Radien der Kupferfilamente 3 erhöhte elekt- rische Randfeldstärken ergeben. Durchschläge zu angrenzendem Eisen oder Teildurchschläge sind die Folge. Bedingt durch derartige, höhere elektrische Beanspruchung wird die Lebens- dauer der Isolierung bei gleicher Isolierdicke reduziert. Ei- ne erforderliche Vergrößerung der Isolierdicke verschlechtert die Ausnutzung der Maschine. Demzufolge wird gemäß einer be- vorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine e- lastische, elektrisch leitfähige Füllung in die Zwischenräume der Filamente 3 sowie auf die Oberfläche des aus mehreren Litzen 5 bestehenden Leiters 1 ein-beziehungsweise aufge- bracht.

Eine elastische Füllung kann durch Zugabe von Ruß oder ande- ren elektrisch leitfähigen Füllstoffen auf eine gewünschte Leitfähigkeit eingestellt werden. Typische Werte für den spe- zifischen Durchgangswiderstand sind z. B. 1-250 kOhmxcm.

Durch Zugabe von Füllstoffen mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit, z. B. Aluminiumoxid, -nitrid, Bornirid kann die Wärmeabfuhr aus dem verpressten Litzenkupfer verbessert werden.

Die hier eingestellte Leitfähigkeit liegt deutlich unter der des Kupfers, sie genügt jedoch, um Äquipotenzialflächen an der Oberfläche des Leiters zu erzielen und somit eine Feld- stärkenvergleichmäßigung im Außenbereich des Litzenleiters zu

erreichen. Dabei kann im Vergleich zu den bisher eingesetzten Massivleitern die Ausnutzung, d. h. der Leiterquerschnitt, beibehalten werden.

Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in FIG 3 dargestellt. Der zu einem Rechteck gepresste Leiter 1 besitzt wiederum eine Vielzahl von Filamenten 3, die sich innerhalb der Isolierung 2 befinden. Jeder der Filamente 3 ist mit einer härtungsaktiven Beschichtung 6 überzogen.

In FIG 4 ist hierzu eine entsprechende Litze 5 dargestellt.

Die Litze 5 wird im lösen Zustand vor der weiteren Verarbei- tung durch ein Bad gezogen, so dass die einzelnen Filamente 3 härtungsaktivierend beschichtet werden. Die beschichteten Litzen werden dann zur Herstellung des Leiters 1 entsprechend gewickelt und in Form gepresst.

Durch die Behandlung der Litze beziehungsweise des aus mehre- ren Litzen bestehenden Leiters 1 mit dem härtungsaktivieren- den Überzug 6, der einen Beschleuniger oder Katalysator ent- hält, wird beim Imprägnierungsprozess das beschleunigerfreie Tränkmittel auch zwischen den Litzen chemisch aktiviert und gebunden. Damit lässt sich ein Auslaufen des Tränkmittels we- gen ungenügender Aushärtung zwischen den Filamenten 3 verhin- dern. Die in FIG 3 dargestellten Hohlräume zwischen den ein- zelnen Filamenten und im Randbereich zu der Isolierung 2 wer- den durch den Tränkungsprozess damit vollständig gefüllt.

Dies stellt, wie bereits erwähnt, einen guten Wärmeübergang und verbesserte mechanische und elektrische Eigenschaften der Wicklung, insbesondere auch im Wickelkopfbereich, sicher.

Beschleunigerfreie Tränkmittel sind in diesem Zusammenhang z.

B. Epoxidharzanmischungen, die nur in Verbindung mit einem Beschleuniger bei Temperatur in einer vertretbaren Zeit aus- härten, diesen Beschleuniger aber nicht direkt in der Mi- schung enthalten, um die Lagerstabilität der Harzmischung nicht zu verringern. Der Beschleuniger ist statt dessen in

oder auf den Tränkobjekten, hier der Kupferlitze, aufge- bracht.

Ein härtungsaktivierender Überzug ist beispielsweise ein be- schleunigerhaltiger Lack oder eine beschleunigerhaltige Harz- mischung, bestehend aus einem Bindemittel und einem auf das Tränkmittel abgestimmten Beschleuniger. Dies kann z. B. ein Amin, eine Lewis Säure oder Lewis Base, eine quartäre Ammoni- um-oder Phosphoniumverbindung, oder katalytische und peroxi- dische Härtungsaktivatoren sein. Aufgebracht wird dieser Ü- berzug, wie oben erwähnt, z. B. durch Tauchen der Kupferlit- zen und anschließendem Abdunsten der Lösungsmittelanteile und ggf. Aushärtung des aufgetragenen Überzuges.