Die Erfindung liegt auf dem Gebiet des Maschinenbaus und der Elektrotechnik und ist mit Vorteil bei elektrischen Maschinen anwendbar. Eine Anwendung ist jedoch generell bei allen Einsatzfällen von elektrischen Spulen denkbar.

Konkreter bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines gewendelten elektrisch leitenden Körpers. In elektrischen Maschinen werden gewendelte elektrisch leitende Körper als Spulen zur Erzeugung von Magnetfeldern oder zu anderen elektrischen Zwecken eingesetzt. Elektrische Spulen können generell in elektrischen Anlagen verwendet werden. Eine wichtige Größe zur Qualifizierung derartiger Spulen für bestimmte Zwecke ist die gute Raumausnutzung. Üblicherweise haben verschiedene Windungen einer Spule einen Abstand voneinander, um die elektrische Kontaktierung benachbarter Wendelgänge zu verhindern. Dazu ist aus Fertigungsgründen üblicherweise ein bestimmter Mindestabstand zwischen benachbarten Wendelgängen notwendig, so dass die Raum ausnutzung begrenzt bleibt. In vielen Fällen werden solche gewendelten elektrisch leitenden Körper auch an ihrer Außenseite elektrisch isoliert, um eine elektrische Kontaktierung zu vermeiden.

Spulen mit einer guten Raumausnutzung werden bisher beispielsweise als gegossene oder durch Umformung hergestellte Spulen, beispielsweise Aluminiumspulen oder Kupferspulen, hergestellt. Die Herstellung solcher Spulen ist jedoch aufwendig. Auch das Aufbringen einer Isolierung auf eine derartige Spule erfordert aufwendige Arbeitsschritte, insbesondere dann, wenn der Abstand benachbarter Wendelgänge/Windungen gering ist.

Der Erfindung liegt vor dem Hintergrund des Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines gewendelten elektrisch leiten den Körpers zu schaffen, durch das solche Körper mit einer guten Raum ausnutzung mit einem möglichst geringen Aufwand geschaffen werden. Unter einer guten Raumausnutzung ein möglichst hoher Füllungsgrad des Gesamt volumens durch das Volumen der Wendel verstanden, so dass möglichst wenig Volumen zwischen den einzelnen Gängen der Wendel oder Wicklung verlorengeht.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Erfindung durch ein Verfahren gemäß den Patentansprüchen gelöst.

Somit bezieht sich die Erfindung unter anderem auf ein Verfahren zur Herstel lung eines gewendelten, elektrisch leitenden Körpers, bei dem zunächst ein gewendeltes Modell als verlorene Form aus einem unter Wärmeeinwirkung verflüssigbaren oder verdampfbaren Modellmaterial hergestellt und danach mit einer (vorzugsweise elektrisch) isolierenden Schicht bedeckt und in einen Formsand eingebettet wird und wobei danach in die verlorene Form unter Verdrängung des Modellmaterials ein metallisches Gussmaterial eingefüllt wird und sich mit der isolierenden Schicht verbindet und wobei der gegossene Körper mit der auf diesem haftenden isolierenden Schicht dem Formsand entnommen wird. Bei dem genannten Verfahren wird der gewendelte, elektrische leitende Körper in einem Metallgussverfahren mit verlorener Form hergestellt. Die verlorene Form wird zunächst als Modell in der für das Endprodukt gewünsch ten Gestalt, also in Wendelform, hergestellt, danach mit einer (vorzugsweise elektrisch) isolierenden Schicht bedeckt, die später die Leiterisolierung der Spule bzw. die Außenisolierung des elektrisch leitenden Körpers bildet und beim Ausgießen der verlorenen Form an dem Metallgusskörper haftet. Das Gussmaterial und das Material der (vorzugsweise elektrisch) isolierenden Schicht sind derart aufeinander abgestimmt, dass die (vorzugsweise elek trisch) isolierende Schicht an dem Gussteil gut haftet. Die (vorzugsweise elektrisch) isolierende Schicht erhält eine Zusammensetzung, die sie zur späteren Verwendung als Isolierschicht der Spule qualifiziert.

Das derart beschichtete Modell wird in einen Formsand eingebettet, wobei unter Formsand jedes verformbare Material verstanden wird, das sich für den Guss in verlorener Form zum Einbetten des Modells eignet, also insbesondere Materialien in Form von Granulaten und sonstigen feinkörnigen Schüttgütern.

Nach dem Gießen des Metallkörpers wird dieser mit der aufgebrachten isolierenden Schicht dem Formsand entnommen und bestenfalls minimal gereinigt, wobei jedoch die Isolierschicht an dem elektrisch leitenden Körper haften bleibt. Die Isolierschicht kann außer der Isolation des Körpers auch als Trennschicht zum Formsand wirken. Hierzu besteht die Isolierschicht vorzugs weise aus einem Material, das eine gute Trennbarkeit des Formsands bewirkt.

In einer besonderen Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die isolierende Schicht in Form einer Schlichte auf das gewendelte Modell aufgetragen wird.

Dabei kann vorgesehen sein, dass die Schlichte eine Trägerflüssigkeit enthält, einen Feuerfestbestandteil, ein Bindemittel und optional einen weiteren Zuschlagsstoff.

Die Viskosität der Schlichte wird vorteilhaft so eingestellt, dass eine passende Schichtdicke auf das Modell aufgetragen werden kann. Die Schicht wird dann zunächst durch Trocknen, Abbinden oder Härten verfestigt und weist zu diesem Zweck entsprechend strukturierte Bindemittel und/oder Zuschlags stoffe auf. Im verfestigten Zustand weist die Schlichte eine Festigkeit auf, die ein Eingießen des metallischen Gießmaterials ohne Beschädigung der Schicht erlaubt, derart, dass sich das Gussmaterial mit der Schicht verbindet. Nach dem Erstarren des Gussmaterials bildet die Schicht dann eine Oberflächen beschichtung, die fest auf dem Gusskörper haftet.

Eine weitere Implementierung des Verfahrens kann vorsehen, dass die isolierende Schicht durch Tauchen, Spritzen oder Sprühen auf das gewendelte Modell aufgetragen wird.

Dabei kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass die (vorzugsweise elektrisch) isolierende Schicht in Form mehrerer nacheinander aufgebrachter Teilschichten aufgebracht wird.

Die verschiedenen Schichten können aufeinander aufbauend aufgetragen und jeweils vor dem Aufträgen der nächsten Schicht wenigstens teilweise verfestigt werden. Es können jedoch auch mehrere Schichten gemeinsam nach dem Aufträgen der letzten Schicht verfestigt werden.

Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die isolierende Schicht durch Erwärmen und/oder einen Luftstrom teilschichtweise oder nach Aufbringen der letzten Schicht getrocknet wird. Dabei kann die Erwärmung beispielsweise auch durch Infrarotbestrahlung bewirkt werden.

Das gewendelte Modell kann ganz oder in Teilen gegossen oder geschäumt und gegebenenfalls aus Teilen zusammengefügt werden. Es kann auch aus einem extrudierten Strang durch Verformung erzeugt werden.

Zur Herstellung des gewendelten Modells kann auch vorgesehen sein, dass dieses als Rohling hergestellt und danach durch Erzeugen einer wendelförmi gen Ausnehmung in die Form einer Wendel gebracht wird. Dazu kann bei spielsweise vorgesehen sein, dass in dem Rohling die wendelförmige Aus nehmung durch ein um eine den Rohling durchsetzende erste Achse rotieren des und gleichzeitig entlang der ersten Achse stetig vorgeschobenes Werk zeug erzeugt wird. Die erste Achse kann dabei innerhalb einer Ausnehmung des Kerns angeordnet sein, die diesen in Richtung der ersten Achse vollständig durchsetzt. Beispielsweise kann der Kern als Hohlzylinder ausgebildet sein.

Er kann jedoch auch als Quader mit einer durchgehenden zylindrischen Aus nehmung gestaltet sein.

Um eine abrasive oder spanende Wirkung des Werkzeugs zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass dieses strangförmig, insbesondere stabförmig, ausge bildet ist und während der Erzeugung der wendelförmigen Ausnehmung um eine zweite Achse, insbesondere seine eigene Längsachse, rotiert oder entlang der zweiten Achse eine oszillierende Bewegung ausführt, wobei das Werkzeug insbesondere eine säge-oder raspelartige Zahnung aufweist. Damit kann das Werkzeug durch den gesamten Rohling wendelförmig hindurch bewegt werden und in diesen eine wendelförmige Ausnehmung einbringen. Der übrige, stehenbleibende Teil des Rohlings weist dann ebenso die Form einer Wendel auf und bildet das Modell für den nachfolgenden Metallguss in verlorener Form.

Anstelle oder zusätzlich zu der abrasiven Wirkung des Werkzeugs kann vorgesehen sein, dass das Werkzeug auf eine Temperatur beheizt wird, bei der das Material des Modells zumindest erweicht, insbesondere schmilzt.

Das Werkzeug wirkt dann als Heißschneidedraht und kann ebenso wie ein raspelartiges Werkzeug eine wendelartige Ausnehmung in dem Rohling/Kern erzeugen.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich sowohl zur Beschichtung mit elektrisch isolierenden Schichten als auch mit nicht zwingend elektrisch isolierenden Schichten, d. h. Schichten, die beispielsweise zur Korrosionsver meidung/ Korrosionsverringerung oder zu anderen isolierenden Zwecken angebracht sind.

Prinzipiell kann bei der Wahl der Beschichtungsstoffe auf ähnliche Beschich tungsstoffe zurückgegriffen werden, wie sie in nachgängigen Beschichtungs verfahren verwendet werden. Für die beanspruchten Gegenstände haben sich jedoch auch die im Weiteren angegebenen Details als vorteilhaft herausge stellt: So kann das Material der isolierenden Schicht beispielsweise ein Kunst stoffmaterial aufweisen (auch mit entsprechenden elektrisch isolierenden oder elektrisch nicht isolierenden Zuschlagstoffen versehen). Je nach Anwen dung kommen auch keramische Materialien für die isolierende Beschichtung zum Einsatz.

Konkrete Beispiele für Materialien der isolierenden Schicht sind: thermoplas tische Polyurethane, thermoplastische Polycarbonate und/oder Polymethyl- methacrylat.

Es hat sich auch gezeigt, dass auf Materialien der klassischen Pulverbeschich tung und/oder Pulverlackierung zurückgegriffen werden kann, die ja auch in flüssiger Lösung verarbeitbar sein können.

Es hat sich gezeigt, dass als Materialien somit auch Polyamid, Polyvinylchlorid, Epoxidsysteme mit Polyester als Bindemittel, Polyestersysteme mit TGIC als Härter und/oder Acrylat- und/oder Polyurethansysteme enthalten sein können.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet sich insbesondere auch für die Herstellung von wendelförmigen Körpern bzw. Helices bzw. spiralförmigen Körpern, insbesondere auch zur Verwendung in elektrischen Maschinen und dort im großindustriellen Einsatz, an. Bei diesen ist ja das Merkmal gegeben, dass ein metallisches Grundmaterial sowie eine darauf haftende isolierende Schicht vorliegt.

Als Gussmaterial bieten sich beispielsweise Kupfer und Aluminium an.

Je nach Anwendung des wendelförmigen Körpers, beispielsweise in einer später zu montierenden elektrischen Maschine, können Geometrie und Größe des wendelförmigen Körpers unterschiedlich sein. Es ist nicht zwingend, dass es sich immer um spiralförmige Helices mit gleichmäßigem Windungsquer schnitt sowie einer gleichförmigen zylindrischen Innen- und Außenkontur handelt; beispielsweise sind sowohl Änderungen der Querschnittsfläche, der Querschnittsform und/oder des Gesamtkörpers als auch Änderungen der einzelnen Windung über deren Verlauf hinweg möglich. So ist es beispielswei se möglich, dass der Körper eine Längsachse (Achse in Richtung der größten Ausdehnung des Körpers) aufweist und die größte Ausdehnung des Körpers senkrecht zu dieser Längsachse zwischen 0,02 m und 2 m beträgt. Etwa kann die größte Ausdehnung senkrecht zu dieser Längsachse eines im Feinguss hergestellten Körpers beispielsweise zwischen 0,02 m und 1 m betragen, bei einem im Lost-Foam-Verfahren hergestellten Körper beispielsweise zwischen 0,2 m und 2 m.

Der Körper kann auch Windungen enthalten, wobei die größte Querschnitts- ausdehnung senkrecht zum Verlauf einer Windung zwischen 0,2 mm und 5 cm beträgt, vorzugsweise zwischen 0,7 mm und 2 cm. Etwa kann die größte Ausdehnung senkrecht zum Verlauf einer Windung eines im Feinguss herge stellten Körpers beispielsweise zwischen 0,2 mm und 1 cm betragen, bei einem im Lost-Foam-Verfahren hergestellten Körper beispielsweise zwischen 3 mm und 5 cm.

Es bieten sich beispielsweise mit dem Verfahren hergestellte Körper an, die als metallisches Material Kupfer, Aluminium, Silber oder Magnesium aufwei sen und eine isolierende Schicht aus Kunststoff oder einem keramischen isolierenden Material aufweisen und beispielsweise eine kreisförmige oder elliptische oder mehreckige oder abgerundete mehreckige Form haben.

Weiterhin können mit dem Verfahren hergestellte Körper als metallisches Material auch andere Metalle oder auch Metalllegierungen oder statt des metallischen Materials auch andere elektrisch leitfähige Werkstoffe aufwei sen. Damit können die Gießeigenschaften und mechanischen Eigenschaften an die technischen Anforderungen angepasst und es kann den wirtschaftli chen Anforderungen Rechnung getragen werden.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren eines Ausführungs beispiels gezeigt und nachfolgend erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht eine Rechteckspule,

Fig. 2 in perspektivischer Ansicht einen Strangabschnitt eines

gewendelten Modells, Fig. 3 ein Modell wie in Figur 2, zusätzlich mit einer ersten Be schichtung,

Fig. 4 ein Modell mit einer aus zwei Schichten bestehenden Be

schichtung,

Fig. 5 die Beschichtung eines Modells nach dessen Entfernung,

Fig. 6 einen metallischen Gusskörper mit einer Beschichtung,

Fig. 7 schematisch ein Modell in perspektivischer Ansicht sowie eine

Vorrichtung zur Herstellung des Modells und

Fig. 8 schematisch die Darstellung eines Verfahrensablaufs zur

Herstellung eines gewendelten, elektrisch leitenden Körpers.

Figur 1 zeigt in perspektivischer Ansicht einen gewendelten elektrisch leiten den Körper in Form einer rechteckigen Spule 1, die aus einem gewendelten, im Querschnitt rechteckigen, strangförmigen Körper 2 besteht oder einen solchen strangförmigen Körper enthält. Alternativ dazu können gewendelte Körper beispielsweise als schraubenartig in Kreisform gewendelte Spulen oder auch als spiralartig gewundene Spulen oder in anderen ähnlichen Formen hergestellt sein. Ein solcher Körper kann durch Metallguss in einer verlorenen Form hergestellt werden.

Figur 2 zeigt einen kurzen Abschnitt eines strangförmigen Modells 3, das als im Querschnitt kreisförmiger gewendelter Körper ausgestaltet sein kann. Ein solches Modell kann beispielsweise als geschäumter Kunststoffkörper oder auch in Form eines Wachses hergestellt sein. Ein derartiges Modell oder ein Modellkörper wird als verlorene Form eingesetzt, das heißt, es wird in einen Kasten mit Formsand eingelegt, wobei eine Metallschmelze in das Volumen des Modellkörpers eingegossen wird und dabei das Material des Modell körpers durch Verflüssigen oder Verdampfen auflöst und verdrängt.

Es ist üblich, derartige Modelle/Modellkörper mit einer Beschichtung zu versehen, um die gegebenenfalls raue oder poröse Oberfläche des Modells abzudichten und eine spätere Entformung des Gusskörpers aus dem

Formsand sowie die Entfernung des auf dem Gusskörper festgesetzten Formsands zu erleichtern.

Figur 3 zeigt in perspektivischer Ansicht das strangförmige Modell aus Figur 2 mit einer dieser umgebenden, die Mantelfläche des Modells bedeckenden ersten Schicht 4, die aus einem elektrisch isolierenden und/oder einem korrosionsschützend isolierenden Material besteht.

Das Modell 3 wird zur Vorbereitung des Gusses mit der Schicht 4 in Formsand eingebettet, und die so beschaffene verlorene Form wird mit der Metall schmelze ausgegossen. Dabei bleibt die Schicht 4, die wesentlich temperatur resistenter ist als das Material des Modells 3, auf der Oberfläche des Guss körpers haften.

Aus dem Stand der Technik sind Beschichtungen zur besseren Trennung des Gusskörpers vom Formsand bekannt, die nach dem Gussvorgang vom Guss körper entfernt werden. Im Gegensatz dazu ist die hier beschriebene Schicht 4 sehr stabil und derart ausgestaltet, dass sie an dem Gusskörper gut haftet. Sie braucht nach der Entnahme des Gusskörpers aus dem Formsand von dem Gusskörper nicht entfernt zu werden und kann vielmehr als Isolierschicht auf dem Gusskörper verbleiben. Damit entfällt die Notwendigkeit, den Guss körper später mit einer elektrisch isolierenden Schicht zu versehen.

Figur 4 stellt eine Variante dar, bei der der Modellkörper 3 zunächst mit einer Haftvermittlerschicht 5 versehen und erst darauffolgend mit einer Schicht 4 aus einem isolierenden Material beschichtet wird. Der Haftvermittler 5 besteht aus einem Material, das einerseits auf dem Gusskörper und anderer seits an der isolierenden Schicht 4 gut haftet. Der Haftvermittler 5 ist dabei so ausgestaltet, dass er beim Eingießen einer Metallschmelze nicht zerstört wird, sondern an dem Metallgusskörper haftet. Der Haftvermittler kann aus einem elektrisch isolierenden oder auch aus einem elektrisch leitenden Material bestehen. Beispielsweise kann der Haftvermittler auch aus einem Metall bestehen, das bei der Schmelztemperatur des zu gießenden Metalls schmilzt. Dieses Metall des Haftvermittlers kann auf das Modell beispielsweise in Pulverform aufgebracht werden. In Figur 5 ist schematisch lediglich die Schicht 4 dargestellt, aus der der Modellkörper durch Verdampfen oder Verflüssigen entfernt ist, so dass in den von der Schicht 4 umgebenen Raum 6 die Metallschmelze einfließt.

Figur 6 stellt den Gusskörper 7 dar, auf dem die Schicht 4 als Isolationsschicht fest haftet.

Die Beschichtung des Modellkörpers 3 mit der Schicht 4 erfolgt durch Aufbrin gen einer viskosen, flüssigen oder breiartigen Masse, beispielsweise in Form einer Schlichte mit einer Trägerflüssigkeit, die beispielsweise Wasser oder Alkohol sein kann, und einem oder mehreren Feuerfestbestandteilen sowie optional Zuschlagstoffen, die die Viskosität einstellen. Nach dem Metallguss sind in der Schicht 4 wenigstens noch die Feuerfestbestandteile und gegebe nenfalls auch Bindemittel enthalten und bilden zusammen die Isolierschicht.

Die Beschichtung 4 kann in flüssiger Form auch mehrstufig erfolgen, wobei zwischendurch einzelne Schichten abbinden oder getrocknet oder gehärtet werden. Dadurch lassen sich insgesamt größere Schichtdicken in kurzer Zeit fertigstellen.

Der Modellkörper 3 kann beispielsweise durch Schäumen in einer Form oder durch Gießen oder Kernschießen hergestellt sein. Er kann je nach der Kom plexität der Form auch mehrteilig zusammengesetzt sein, sowohl aus einzel nen geschäumten Teilkörpern als auch aus einzelnen gegossenen Teilkörpern.

Eine Möglichkeit der Herstellung besteht beispielsweise darin, dass aus einem durchgehenden, beispielsweise zylindrischen oder prismatischen Körper eine wendelförmige Ausnehmung ausgeschnitten wird, so dass ein wendelförmiger Körper stehenbleibt. Eine solche Variante ist beispielhaft in Figur 7 dargestellt. Dort ist ein Hohlzylinder 8 mit einer Hohlzylinderwand 10 gezeigt, die einen Hohlraum 9 umgibt. In dem Hohlraum 9 wird entlang der Zylinderachse 11 eine Welle 12 eines Schneidegeräts eingesteckt, wobei auf der Welle 12 ein Werkzeug 13 radial von dieser abstehend angeordnet ist. Das Werkzeug 13 kann als sägeartiges oder raspelartiges strangförmiges Werkzeug ausgestaltet sein, das beispielsweise durch einen oszillierenden Antrieb 14 in radialer Richtung bezüglich der Achse 11 vibrierend oder oszillierend antreibbar ist. Wird das Werkzeug 13 einerseits um die Welle 12 durch deren Rotation geschwenkt und andererseits entlang der Achse 11 durch einen weiteren Antrieb gleichmäßig und stetig vorgeschoben, so durchläuft das Werkzeug 13 eine wendelförmige Bahn, durch die in dem Hohlzylinder 8 eine wendelartige Ausnehmung 16 eingebracht werden kann. Wenn die wendelartige Aus nehmung 16 den Körper des Hohlzylinders 8 durchsetzt, dann bleibt zwischen den einzelnen Gängen der Ausnehmung 16 ein wendelförmiger Körper des Modells stehen, der dann mit einer Schicht 4 oder einer kombinierten Schicht 4, 5 beschichtet werden kann. Danach kann der so entstehende Modellkörper als verlorene Form für einen Metallverguss mit einer Metallschmelze dienen, so dass eine runde Metallspule mit einer Isolierstoffbeschichtung entsteht.

In Figur 8 ist schematisch anhand von Prozessschritten die Herstellung eines gewendelten, elektrisch leitenden, mit einer Isolierung versehenen Körpers dargestellt.

In einem ersten Verfahrensschritt 17 wird der Modellkörper aus einem

Schaumstoff oder einem Wachs hergestellt. Danach wird optional in einem folgenden Schritt 18 eine Haftvermittlerschicht 5 auf das Modell aufgebracht. Im nächsten Verfahrensschritt 19 wird entweder unmittelbar auf das Modell oder auf die Haftvermittlerschicht eine Isolationsschicht 4, beispielsweise in Form einer Schlichte, aufgebracht und zum Abbinden gebracht.

Die so entstandene verlorene Form wird im folgenden Prozessschritt 20 in Formsand eingelegt und im Prozessschritt 21 mit einer Metallschmelze gefüllt. Damit ist der leitende Körper mit Isolierschicht fertiggestellt.