Die Erfindung betrifft ein Maschinenbauteil für eine elektrische Maschine umfassend einen Bauteilkörper, in dem Nuten ausgebildet sind, wobei in den Nuten elektrische Leiter angeord net sind, die an axialen Enden der Nuten aus den Nuten herausragen, und in zumindest einem herausragenden Bereich einander kreuzend angeordnet sind, und wobei die elektrischen Leiter im Bereich außerhalb der Nuten mit zusätzlichen Isolierelementen elektrisch gegeneinander isoliert sind.

Weiter betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine umfassend einen Stator und einen Ro tor.

Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Maschinenbauteils für eine elektrische Maschine durch Bereitstellen eines Bauteilkörpers, in dem Nuten ausgebildet wer den, wobei in den Nuten elektrische Leiter so angeordnet werden, dass sie an axialen Enden der Nuten aus den Nuten herausragen, und in zumindest einem herausragenden Bereich einan der kreuzend angeordnet werden, und wobei die elektrischen Leiter im Bereich außerhalb der Nuten mit zusätzlichen Isolierelementen elektrisch gegeneinander isoliert werden.

Damit in einem Stator oder einem Rotor einer elektrischen Maschine die Spannungs- und Tei- lentladefestigkeit zwischen zwei sich kreuzenden Formstäben einer Steckwicklung unter schiedlicher Phase im Wickelkopf erfüllt werden kann, ist eine entsprechende Isolierung vor zusehen. Da diese Isolierstärke in der Nut oft nicht erforderlich ist und jene Isolierstärke den Kupferfüllfaktor wesentlich negativ beeinflusst, ist es von Vorteil in der Nut in Abhängigkeit der maximal auftretenden Spannungsdifferenzen zwischen zwei benachbarten Leitern eine ge ringere Isolations stärke umzusetzen. Außerhalb der Nut werden zu Erhöhung der Isolierstärke auf den Wicklungen zusätzliche Isolierelemente angebracht.

Eine derartige Ausführung beschreibt beispielsweise die DE11 2013 004258 T5. Aus dieser Druckschrift ist eine umlaufende elektrische Maschine bekannt, enthaltend einen Anker mit einem ringförmigen Ankerkem, in welchem Nuten am Umfang angeordnet sind; und eine An kerwicklung, welche an dem Ankerkern befestigt ist, wobei die Ankerwicklung eine Vielzahl von Wicklung skörpem enthält, welche jeweils durch Wickeln eines Leiterdrahts, welcher mit einem Isolierüberzug überzogen ist, gebildet sind, und Isolierelemente, welche von dem Iso lierüberzug verschieden ist.

Die EP 1 401 085 A2 beschreibt einen Elektromotor, umfassend: einen Statorkem mit Schlit zen; Spulen, die entlang der Schlitze des Statorkems angeordnet sind, um Spulenkanten zu bilden, die von den Enden des Statorkems vorstehen; und Isolierfolien zum Isolieren von pro ximalen Abschnitten der Spulenkanten, wobei jede der Isolierfolien einen Umhüllungsab schnitt zum Umfalten einer oder mehrerer Spulen derselben Phase aufweist und Einfügungs abschnitte, die in einen Schlitz oder Schlitze des Statorkems eingeführt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Gmnde, ein eine elektrische Wicklung aufweisendes Bau teil zu verbessern.

Die Aufgabe der Erfindung wird bei dem eingangs genannten Maschinenbauteil dadurch ge löst, dass die zusätzlichen Isolierelemente ausschließlich zwischen den elektrischen Leitern angeordnet sind.

Zudem wird die Aufgabe der Erfindung mit der eingangs genannten elektrischen Maschine gelöst, die das erfindungsgemäße Maschinenbauteil umfasst.

Weiter wird die Erfindung mit dem eingangs genannten Verfahren gelöst, nach dem vorgese hen ist, dass die zusätzlichen Isolierelemente ausschließlich zwischen den elektrischen Leitern angeordnet werden.

Von Vorteil ist dabei, dass trotz des Einsatzes einer zusätzlichen elektrischen Isolation das Maschinenbauteil kompakt gehalten werden kann, da die zusätzlichen Isolierelemente nur dort zum Einsatz kommen, wo dies zur Verbesserung von Spannungs- und Teilentladefestig- keiten von Vorteil ist. Im Vergleich zum voranstehend genannten Stand der Technik werden die zusätzlichen Isolierelemente also nicht mehr vollumfänglich um die elektrischen Leiter angeordnet. Neben der elektrischen Wirksamkeit der zusätzlichen Isolierelemente kann damit auch eine Verbessemng der mechanischen Festigkeit des Wickelkopfes des Maschinenbau teils erreicht werden. Zudem ist mit der Anordnung der zusätzlichen Isolierelemente aus schließlich zwischen den elektrischen Leitern aufgrund des geringeren Materialverbrauchs eine Kostenreduktion erzielbar. Durch die Reduktion des Isolationsmaterials kann darüber hinaus der Kupferfüllfaktor erhöht werden. Zudem kann mit der Anordnung der zusätzlichen elektrischen Isolierelemente ausschließlich zwischen den elektrischen Leitern eine verbesserte Kühlung des Wickelkopfs erreicht werden, da das Kühlmittel die elektrischen Leiter in dem Wickelkopf besser umspülen kann, insbesondere auch zwischen die elektrischen Leiter ein strömen bzw. eindringen kann.

Zur weiteren Verbesserung des reduzierten Bauraumbedarfs kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass die zusätzlichen Isolierelemente streifenförmig ausgebildet sind. Es ist damit möglich, die Isolierelemente ausschließlich ent lang der elektrischen Leiter anzuordnen.

Von Vorteil ist gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung auch, wenn die zu sätzlichen Isolierelemente auf Oberflächen von elektrischen Leitern anhaftend angeordnet sind, da damit aufgrund der verringerten Gefahr des Verrutschens der zusätzlichen Isolierele mente deren Flächenausdehnung reduziert werden kann.

Eine weitere Reduktion des Bauraumbedarfs kann nach einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung dadurch erreicht werden, dass die Anzahl an zusätzlichen Isolierelementen ma ximal der Hälfte der Anzahl an elektrischen Leitern entspricht.

Ebenfalls zur Bauraumreduzierung kann gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung vor gesehen sein, dass die zusätzlichen Isolierelemente eine Schichtdicke von maximal 400 pm aufweisen.

Zur einfacheren Anordnung der zusätzlichen Isolierelemente kann nach einer weiteren Aus führungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass die elektrischen Leiter als Formstäbe mit zumindest annähernd viereckigen Querschnitt ausgebildet sind.

Bevorzugt ist nach einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen, dass zwi schen jeweils zwei elektrischen Leitern nur ein zusätzliches Isolierelement angeordnet ist. Es weist also nicht jeder elektrischen Leiter im Kreuzungsbereich ein zusätzliches Isolierelement auf, sondern können die zusätzlichen Isolierelemente auf nur einer von zwei übereinander lie genden Lagen der elektrischen Leiter angeordnet werden. Es ist damit auch eine Vereinfa chung der Montage des Wickelkopfs erreichbar, da ein größerer Anteil an elektrischen Leitern nicht mit den zusätzlichen Isolierelementen ausgerüstet wird, womit Bearbeitungszeit einge spart werden kann. Bevorzugt sind die zusätzlichen Isolierelemente gemäß einer Ausführungsvariante der Erfin dung zwischen übereinander und/oder nebeneinander hegenden elektrischen Leitern angeord net.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.

Es zeigen jeweils in vereinfachter, schematischer Darstellung:

Fig. 1 ein Maschinenbauteil mit einem Teil von elektrischen Leitern in einer Schrägan sicht;

Fig. 2 das Maschinenabteil nach Fig. 1 in Seitenansicht;

Fig. 3 einen Ausschnitt des Maschinenbauteils in Bereich des Wickelkopfs;

Fig. 4 einen Ausschnitt einer Ausführungsvariante eines Maschinenbauteils in Bereich des Wickelkopfs.

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.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen ein Maschinenbauteil 1 für eine elektrische Maschine. Die elektrische Maschine ist insbesondere ein Motor, kann aber auch anders ausgeführt sein, wie beispiels weise als Generator. Das Maschinenbauteil 1 kann insbesondere ein Stator oder ein Rotor der elektrischen Maschine sein, wobei sowohl der Stator als auch der Rotor einer elektrischen Maschine durch das Maschinenbauteil 1 gebildet sein können.

Das in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Maschinenbauteil 1 ist als Stator der elektrischen Ma schine ausgebildet. Die nachfolgenden Ausführungen sind daher entsprechend zu adaptieren, falls das Maschinenbauteil 1 als Rotor ausgeführt ist. Da diese Adaptierung, wie beispiels weise die Anordnung von Nuten, dem Fachmann bekannt ist, wird im Folgenden nicht extra darauf hingewiesen. Diese Adaptierungen sind daher mitzulesen.

Das Maschinenbauteil 1 weist einen Bauteilkörper 2 auf. Der Bauteilkörper 2 ist insbesondere ein Blechpaket, kann aber auch anders ausgebildet sein. Der Bauteilkörper 2 weist in der dar gestellten Ausführungsvariante die Form eines Hohlzylinders auf. Im Bauteilkörper 2 sind ne beneinander in einer Umfangsrichtung 3 verteilt Nuten 4 ausgebildet. Beginnend an einer in neren Oberfläche 5 erstrecken sich die Nuten 4 radial nach außen. In Richtung einer Längs mittelachse 6 (Rotationsachse) erstrecken sich die Nuten 4 durch den gesamten Bauteilkörper 2.

In den Nuten 4 sind elektrische Leiter 7 angeordnet, insbesondere eingesteckt. Pro Nut 4 kann nur ein elektrischer Leiter 7 angeordnet sind. Vorzugsweise sind jedoch pro Nut 4 mehrere elektrische Leiter 7 vorhanden, die dies auch aus Fig. 1 erkennbar ist. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis in Fig. 1 nur ein Teil der elektrischen Leiter 7 exemplarisch dargestellt ist.

Der Bauteilkörper 2 weist eine erste Stirnfläche 8 und ein dieser in Richtung der Längsmittel achse 6 gegenüberliegende zweite Stirnfläche 9 auf.

Die elektrischen Leiter 7 weisen Leiterenden 10 auf, mit denen sie an axialen Ende der Nuten 7, die jeweils in den Stirnflächen 8, 9 ausgebildet sind, aus den Nuten 7 herausragen. Die Lei terenden 10 von gleichen Phasen werden dabei zusammengeführt. Dies kann beispielsweise durch so weiters Umbiegen der Leiterenden 10 erfolgen, dass sich die Leiterenden 10 von ei ner Nut 7 bis in eine andere Nut 7 (phasenabhängig) erstrecken, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Es ist aber auch möglich, dass die Leiterenden 10 Endbereiche 11 aufweisen, an denen zwei Leiterenden 10 entsprechen phasenabhängig aneinander anliegen um in diesen Endberei chen 11 elektrisch leitend miteinander verbunden zu werden, insbesondere stoffschlüssig, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist, die einen Ausschnitt aus einer Ausführungsvariante des Maschi nenbauteils 1 zeigt.

Zur Ausbildung einer kompakten Wicklung/ Anordnung der elektrischen Leiter 7 (d.h. eines kompakten Wickelkopfs) sind die Leiterenden 10 in und gegen die Umfangsrichtung 3 umge- bogen. Die konkrete Ausführung der Wicklung ist dabei abhängig vom gewünschten Wickel schema, das je nach Ausführung des Maschinenbauteils 1 unterschiedlich sein kann. Derartige Wickelschemata sind aus dem Stand der Technik bekannt, sodass darauf zur Vermeidung von Wiederholungen nicht weiter darauf eingegangen wird. Es sei daher auf den einschlägigen Stand der Technik dazu verwiesen.

Durch das Umbiegen der Leiterenden 10 überkreuzen sich die Leiterenden 10 (wie dies aus den Lig. 1 bis 4 erkennbar ist), womit die Gefahr der gegenseitigen Berührung besteht. Um dies zu verhindern, sind die an sich außen bereits mit einer elektrischen Isolation versehenen elektrischen Leiter 7 in Bereich der Leiterenden mit zusätzlichen Isolierelementen 12 verse hen, wie dies am besten aus den Lig. 3 und 4 zu ersehen ist. Anders als im Stand der Technik sind diese zusätzlichen Isolierelemente 12 (auch als Phasenisolierung oder Wickelkopfisolie rung bezeichenbar) aber nicht hülsenförmig ausgebildet bzw. angeordnet, sondern sind diese ausschließlich zwischen den elektrischen Leitern 7 angeordnet. Mit anderen Worten ausge drückt sind zumindest die radial äußersten Oberflächen 13 der radial äußersten Lage 14 und die radial innersten Oberflächen der radial innersten Lager der der elektrischen Leiter 7 frei von den zusätzlichen elektrischen Isolierelementen 12.

Die Anordnung der zusätzlichen Isolierelement 12 kann zwischen zwei in radialer Richtung übereinander liegender elektrischer Leiter 7 (wie in den Lig. 3 und 4 dargestellt) und/oder zwischen elektrischen Leitern 7, die in einer Lage von elektrischen Leitern 7 gleicher radialer Höhe unmittelbar nebeneinander liegen, vorgesehen sein. Die zusätzlichen Isolierelemente 12 sind also im so genannten Wickelkopf zwischen elektrischen Leitern 7 unterschiedlicher Phase vorgesehen.

Es sei in diesem Zusammenhang daraufhingewiesen, dass üblicherweise auch in den Nuten 7 elektrische Isolierelemente vorgesehen werden, beispielsweise aus Papier. Es kann dabei vor gesehen werden, dass die zusätzlichen elektrischen Isolierelemente 12 einen Teil der elektri schen Isolierelemente in den Nuten 7 bilden. Vorzugsweise sind die zusätzlichen elektrischen Isolierelemente 12 aber zusätzlich zu der vorhandenen bzw. verwendeten elektrischen Isola tion der elektrischen Leiter 7 im Nutbereich vorgesehen.

Die zusätzlichen Isolierelemente 12 können sich über zumindest annähernd den gesamten Be reich der in Bezug auf die Umfangsrichtung 3 schräg umgebogenen elektrischen Leiter 7 er strecken, wobei dieser Bereich bevorzugt den gesamten Überdeckungsbereich der einander kreuzenden Leiterenden 10 der elektrischen Leiter 7 abdeckt. Die zusätzlichen Isolierelemente 12 können aber auch auf die Kreuzungsbereiche der einander kreuzenden elektrischen Leiter 7 beschränkt sein, oder sie können sich über die Leiterenden 10 hinaus bis in die Nuten 7 hin ein erstrecken und dort einen Teil der Nutenisolation bilden. Letzteres ist aber dann nicht die bevorzugte Ausführungsvariante, wenn für die Nutenisolation eine geringere Schichtdicke an Isoliermaterial ausreichend ist als im Bereich der Leiterenden 10.

Die Schichtdicke der zusätzlichen Isolierelemente 12 kann insbesondere maximal 400 mhi, insbesondere zwischen 80 mhi und 300 mhi, betragen.

Die zusätzlichen Isolierelemente 12 prinzipiell aus jedem geeigneten Material bestehen. Bei spielsweise können sie aus einem Polyamid, eine Polyimid, PEEK, PPS, PPSU, PESU, PAI, PEI, PTFE, Mica, oder einer Materialkombinationen ähnlichen elektrische isolierenden Werk stoffen sein.

Vorzugsweise weisen die zusätzlichen Isolierelemente 12 eine Klebeschicht auf, sodass sie auf der Oberfläche der elektrischen Leiter 7 anhaftend angeordnet werden können.

In der bevorzugten Ausführungsvariante sind die zusätzlichen Isolierelemente 12 streifenför mig ausgebildet, beispielsweise aus einem Klebeband hergestellt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass die Anzahl an zusätz lichen Isolierelementen 12 maximal der Hälfte der Anzahl an elektrischen Leitern 7 ent spricht. Insbesondere kann die Anzahl an zusätzlichen Isolierelementen 12 zwischen N/2 und N/9 betragen, wobei N die Gesamtanzahl an elektrischen Leiterenden 10 ist, die aus den Nu ten 4 herausragen.

Vorzugsweise kann dabei vorgesehen sein, dass von einander überkreuzenden elektrischen Leitern 7 die jeweils radial äußeren Oberflächen der radial weiter innen liegenden Lage an elektrischen Leitern 7 mit den zusätzlichen Isolierelementen 12 versehen werden. Es ist aber auch möglich, dass die radial innen liegenden Oberflächen der jeweils radial äußeren Lage an elektrischen Leitern 7 mit den zusätzlichen Isolierelementen 12 versehen werden.

Es ist auch möglich, dass sowohl die radial äußeren Oberfläche der inneren Lage an elektri schen Leitern 7 und die radial inneren Oberflächen der radial äußeren Lage an elektrischen Leitem 7 mit den zusätzlichen Isolierelementen 12 versehen werden. In der bevorzugten Aus- führungsvariante des Maschinenbauteils ist jedoch vorgesehen, dass zwischen jeweils zwei elektrischen Leitern 7 nur jeweils ein zusätzliches Isolierelement 12 angeordnet ist.

In der bevorzugten Ausführungsvariante sind die elektrischen Leiter 7 als Formstäbe mit zu mindest annähernd viereckigen Querschnitt ausgebildet (als sogenannte Hairpins). Die elektri schen Leiter 7 können aber auch einen runden Querschnitt aufweisen.

Die zusätzlichen elektrischen Isolierelemente 12 sind vorzugsweise nicht breiter als die elektrischen Leiter 7 an der Oberfläche, an der die elektrischen Isolierelemente 12 angeordnet werden, wie dies aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich ist.

Weiter sind die elektrischen Isolierelemente 12 vorzugsweise als Streifen ausgeführt, die ge gen die Umfangsrichtung geneigt zwischen den Leitern angeordnet sind. Der Neigungswinkel richtet sich dabei nach den elektrischen Leitern 7. Sind diese in Richtung der Längsmittel achse 6 verlaufend angeordnet, verlaufen auch die streifenförmigen zusätzlichen Isolierele- mente 12 in dieser Richtung (also in einem Winkel von 90 ⁰ zur Umfangsrichtung). Sind die elektrischen Leiter 7 gegen die in der Umfangsrichtung 3 geneigt, folgen die zusätzlichen Iso lierelemente 12 auch dieser Neigung. Generell kann also gesagt werden, dass vorzugsweise die elektrischen Isolierelement dem Verlauf der elektrischen Leiter 7 in den Leiterenden 10 folgend angeordnet werden.

In der bevorzugten Ausführungsvariante sieht die Erfindung insbesondere vor, dass die Pha senisolation bevorzugt jeweils einseitig und für jeden elektrischen Leiter 7 separat mittels ei nes Streifen realisiert wird.

Die Ausführungsbeispiele zeigen bzw. beschreiben mögliche Ausführungsvarianten, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarian- ten untereinander möglich sind.

Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus das Maschinenbauteil nicht zwingenderweise maßstäblich dargestellt ist. Bezugszeichenaufstellung

Maschinenbauteil Bauteilkörper U mfang srichtung Nut

Oberfläche

Längsmittelachse

Leiter

Stirnfläche

Stirnfläche

Leiterende

Endbereich

Isolierelement

Oberfläche

Lage