Vorrichtung zur Herstellung eines Leiterstabs

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Leiterstabs für den Stator einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Generators, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Verdichtung der Isolierung eines Leiterstabs für einen Stator einer elektrischen Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.

Stand der Technik

Zur Verminderung der elektrischen Verluste sind die Statoren von Generatoren aus einer Vielzahl von untereinander isolierten Teilleitern, den sogenannten Röbelstäben, aufgebaut. Die Isolierung der Leiterstäbe besteht aus einer Umwicklung mit einem glimmerhaltigen Isolierband beziehungsweise aus einem Glimmerband, welches mit einem Imprägnierfluid getränkt ist. Das Imprägnierfluid besteht üblicherweise aus einem aushärtbaren Kunstharz und dient einerseits der Fixierung der Isolierwicklung sowie andererseits einer Verbesserung der Isolierung, indem eine mögliche Feuchtigkeitsaufnahme hierdurch verhindert wird. Das Isolierband wird mit Imprägniermittel imprägniert, beispielsweise in einer Imprägnierwanne. Das Imprägnierverfahren kann in einem Autoklaven erfolgen, in dem ein Überdruck besteht. Sobald sichergestellt ist, dass alle Hohlräume in der Isolationsumwicklung von dem Imprägnierfluid ausgefüllt sind, wird wieder Umgebungsdruck im Autoklaven eingestellt, und das überschüssige Imprägnierfluid in einen Vorratsbehälter zurückgefüllt. Die imprägnierte Umwicklung des Leiterstabs wird anschließend unter Umgebungsdruck ausgehärtet.

Es hat sich aber gezeigt, dass Leiterstäbe, die mittels der oben beschriebenen Verfahren hergestellt sind, immer noch kleine Hohlräume aufweisen, die unter hoher Spannung des Leitstabes zu einem Kurzschluss und/oder zu einer elektrischen Entladung führen können. Außerdem sind die Abmessungen der Stäbe nicht immer gleichmäßig, was zu Problemen bei der Positionierung im Statorkern führen kann.

Darstellung der Erfindung

Hier setzt die Erfindung an. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Leiterstabs für den Stator einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Generators, sowie eine Vorrichtung zur Verdichtung der Isolierung eines Leiterstabes bereitzustellen, die die Erzeugung eines Leiterstabs mit verbesserten Eigenschaften ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch ein Verfahren zur Herstellung eines Leiterstabes für den Stator einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Generators, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Verdichtung der Isolierung eines Leiterstabes mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

In einem Verfahren zur Herstellung eines Leiterstabs für den Stator einer elektrischen Maschine, welcher Leiterstab eine Mehrzahl von innen liegenden Teilleitern umfasst, die außen von einer Isolierung umgeben sind, welche ein um die Teilleiter herumgewickeltes Band umfasst, wobei das um die Teilleiter herumwickelte Band mit einem Imprägnierfluid imprägniert wird, wird erfindungsgemäss der Leiterstab nach der Imprägnierung des Bands und zumindest zeitweise während einer Aushärtungsphase verdichtet.

Es hat sich erwiesen, dass eine Verdichtung des imprägnierten Bands während einer Aushärtungsphase des Imprägnierfluids zu einer geringeren Anzahl von Hohlräumen in der ausgehärteten Isolierung führt, was verbesserte Isoliereigenschaften und eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit ergibt.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird der Leiterstab nach der Imprägnierung des Bands und zumindest zeitweise während einer Aushärtungsphase zur Verdichtung einem hydrostatischen Druck ausgesetzt. Dabei kann der Druck präzise geregelt werden und gleichmäßig auf die Isolierung ausgeübt werden.

Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung vorgesehen, die so ausgestaltet ist, dass zumindest zeitweise während einer Aushärtungsphase des imprägnierten

Bands zumindest ein axialer Abschnitt des Leiterstabs verdichtet werden kann.

In vorteilhafter Ausgestaltung umgibt die Vorrichtung einen axialen Abschnitt des Leiterstabes und bildet einen zwischen dem Leiterstab und einer Innenwand der Vorrichtung befindlichen Raum, wobei ein Einlass zur Füllung des Raums mit einer Flüssigkeit unter Druck vorgesehen ist.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.

Es zeigen jeweils schematisch

Figur 1 die Verfahrensschritte gemäß einer ersten bevorzugten

Ausführungsform der Erfindung,

Figur 2 eine Vorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Figur 3 eine Vorrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten

Ausführungsform der Erfindung,

Figur 4 eine vergrößerte Darstellung eines Teils der Vorrichtung in

Figur 3,

Figur 5 eine stirnseitige Ansicht einer Vorrichtung gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, Figur 6 einen Leiterstab mit einer Vorrichtung gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Figur 7 eine vergrößerte Darstellung der Vorrichtung in Figur 6.

Wege zur Ausführung der Erfindung

In Figur 1 (a-c) wird ein Leiterstab 1 für den Stator eines Generators dargestellt. Der Leiterstab 1 umfasst eine Mehrzahl von innenliegenden Teilleitern 2. Die Teilleiter 2 sind außen von einer Isolierung 3 umgeben. Die Isolierung 3 des Leiterstabs 1 besteht aus einer Umwicklung mit einem Isolierband, das Glimmer enthalten kann. In einem ersten Verfahrenschritt (Fig. 1a) wird die Isolierung 3 mit einem Imprägnierfluid getränkt. Das Imprägnierfluid kann aus einem aushärtbaren Kunstharz bestehen und dient einerseits der Fixierung der

Isolierwicklung sowie andererseits einer Verbesserung der Isolierung, indem eine mögliche Feuchtigkeitsaufnahme hierdurch verhindert wird. In einem zweiten Verfahrensschritt (Fig. 1 b) nach der Imprägnierung der Isolierung 3 mit dem Imprägnierfluid wird der Leiterstab 1 zumindest zeitweise während einer Aushärtungsphase verdichtet. Figur 1c zeigt einen Leiterstab 1 nach der Aushärtung und Verdichtung der Isolierung 3. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren weist die Isolierung kaum noch Hohlräume auf, was verbesserte Isoliereigenschaften ergibt und zu einer verbesserten Wärmeleitfähigkeit führt. Für einen Leiterstab mit gleicher Querschnittsfläche wie im Stand der Technik können entweder eine größere Anzahl von Teilleitern 2 verwendet werden oder eine verbesserte Isolierung erreicht werden.

In Figur 2 ist eine Vorrichtung zur Verdichtung der Isolierung 3 des Leiterstabes 1 gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Vorrichtung ist so ausgestaltet, zumindest zeitweise während einer Aushärtungsphase des imprägnierten Isolierbands zumindest einen axialen Abschnitt des Leiterstabes 1 zu verdichten. Zur Verdichtung wird vorzugsweise ein hydrostatischer Druck eingesetzt. In der Ausführungsform in Figur 2 umgibt ein Gehäuse 4 einen axialen Abschnitt des Leiterstabes 1 und bildet einen zwischen dem Leiterstab 1 und einer Innenwand des Gehäuses befindlichen Raum 20. Das Gehäuse 4 ist durch ein Oberteil 7 und ein Unterteil 8 gebildet, die zusammen den Leiterstab 1 über dessen gesamten Umfang umschliessen, wie aus der Figur 2 ersichtlich ist. Das Oberteil 7 und das Unterteil 8 werden dicht miteinander verbunden. Die axiale Länge der Vorrichtung ist vorzugweise an die axiale Länge eines geraden Abschnitts des Leiterstabes 1 angepasst. Die axialen Enden der Ober- und Unterteile 7, 8 werden mittels einer Dichtung (nicht dargestellt) mit dem Leiterstab 1 abgedichtet. Ein Einlass 22 zur Füllung des Raums 20 mit einer Flüssigkeit unter Druck ist vorgesehen. Dabei ist der Einsatz einer hoch- viskosen Flüssigkeit, wie z.B. Öl oder Asphalt (Isotenax), bevorzugt. Der hydrostatische Druck übt einen gleichmäßigen und regelbaren Druck auf die Isolierung aus. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Vorrichtung 4 so ausgestaltet, einen Druck von mindestens 50 bar bis zu 350 bar, vorzugsweise von 300 bar, auf die Isolierung 3 auszuüben. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Vorrichtung so ausgestaltet, einen erhöhten Druck bei einer erhöhten Temperatur auszuüben.

In den Figuren 3 bis 5 ist eine Vorrichtung zur Verdichtung der Isolierung 3 des Leiterstabs 1 gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Vorrichtung ist ein Presswerkzeug.

Die Vorrichtung weist ein aus zwei Teilen 9, 10 bestehendes Gehäuse auf, das im zusammengepressten Zustand (siehe Figur 5) einen axialen Abschnitt des Leiterstabs 1 umfangsweise umschliesst. Die zwei Teile 9, 10 sind C-förmig mit kammartig ausgeformten freien Enden 11 , 12 ausgebildet. Die freien Enden 11 , 12 der Teile 9 und 10 sind derart gegeneinander versetzt angeordnet, dass jeweils ein freies Ende 11 oder 12 eines der Teile 9 oder 10 in jeweils eine Lücke des anderen Teils 11 oder 12 kämmend eingreift. Die wirkenden Anpresskräfte verdichten die Isolierung 3, wie mit den Pfeilen 13 in den Figuren 4 und 5 dargestellt ist. Die zwei Teile 9, 10 werden mit hohem Druck zusammengepresst, um die Isolierung 3 zumindest zeitweise während der Aushärtung des Imprägnierfluids gleichmäßig zu verdichten. Die freien Enden 11 , 12 der C-förmigen Teile 9, 10 weisen zweckmäßig abgerundete oder profilierte Flächen 14 auf, welche die Enden 11 , 12 über die Isolierung 3 gleiten lassen und gleichzeitig eine Verdichtung der Isolierung 3 ermöglichen. Die axiale Länge der Vorrichtung 5 kann so ausgewählt sein, dass auch ein gebogener Bereich des Leiterstabs mit der Vorrichtung 5 verdichtet werden kann. Die Vorrichtung 5 kann die Isolierung 3 des Leiterstabs entsprechend abschnittsweise verdichten. Die beiden Teile 9, 10 werden mittels eines geeigneten Presswerkzeugs zusammengepresst.

In den Figuren 6 und 7 ist eine Vorrichtung 6 zur Verdichtung der Isolierung 3 eines Leiterstabes 1 gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Vorrichtung 6 umfasst ein den Leiterstab 1 umgebendes mehrteiliges Gehäuse 18, das auf die Isolierung 3 des Leiterstabes 1 einwirkende Pressflächen 15 aufweist. Die Pressflächen 15 umschliessen jeweils einen axialen Abschnitt des Leiterstabes 1 umfangsweise. Die Pressflächen 15 der Vorrichtung 6 sind in axialer Richtung 16 des Leiterstabes 1 vorzugsweise mit einem konischen Bereich ausgestaltet. Dabei besitzt eine Leiterstab-Eingangsseite der Vorrichtung 6 einen grosseren Querschnitt als ein dahinter folgender Abschnitt der Pressflächen. Damit soll ein besseres Aufgleiten der Vorrichtung 6 über die Isolierung 3 des Leiterstabs 1 gewährleistet werden. Der konische Bereich kann beiden Endes der Vorrichtung 6 ausgebildet sein, um die Vorrichtung 6 in beide Richtungen längs des Leiterstabs 1 führen zu können. Die Vorrichtung 6 kann aus zwei Gehäuseschalen 20 und 21 aufgebaut sein. Jede dieser Gehäuseschalen 20 und 21 ist in der Lage, einen vorbestimmten Anpressdruck auf die zu verdichtende Leiterisolation 3 aufzubringen und mit einer einstellbaren Frequenz Schwingungen auszuführen. Zu diesem Zweck sind die Gehäuseschalen 20 und 21 mit einem Schwingungserzeuger 17 verknüpft. Deren Beaufschlagung kann dabei hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch erfolgen. In Figur 7 ist ein mechanischer Schwingungserzeuger 17 schematisch wiedergegeben, basierend auf einer rotierenden unrunden Scheibe 23. Zwei Hebel 24 und 25 tasten die Oberfläche der Scheibe 23 ab und setzen deren Konturschwankungen in Kippbewegungen um, welche auf die

Gehäuseschalen 20 und 21 übertragen werden. In Abhängigkeit von Kontur und Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe 17 werden die Gehäuseschalen 20, 21 in eine Auf-und-Ab-Bewegung senkrecht zu den Anpressflächen 15 versetzt. Durch eine symmetrische Ausbildung der Scheibe 17 und eine symmetrische Anordnung der Hebel 24 und 25 erfolgt die Beaufschlagung der

Gehäuseschalen 20 und 21 stets gegenläufig. Das gegenläufige Auftreten von Kräften dient der Stabilisierung des Systems und vermindert Unwuchten. Die beiden Gehäuseschalen 20, 21 begrenzen Distanzstücke 26 und 27. Deren Funktion besteht zum einen darin, Pressflächen 15 für die schmalen Seiten des Leiterstabs 1 bereitzustellen. Gleichzeitig bilden sie einen Anschlag für die

Gehäuseschalen 20 und 21 und dienen damit der Masshaltigkeit des isolierten Leiterstabs 1 ,3. Wie ersichtlich, werden die Distanzstücke 26, 27 aussen von Vorsprüngen 28 der Gehäuseschalen 20, 21 teilweise umfasst. Die gemeinsamen Kontaktflächen 29 besitzen eine Neigung zwischen grösser 0° und kleiner 90°, die nicht selbsthemmend ist. Damit werden die auf die

Gehäuseschalen 20 und 21 aufgebrachten Anpresskräfte und Schwingungen auf die Distanzstücke 26 und 27 übertragen und über deren Pressflächen 15 in die schmalen Seiten des Leiterstabs 1 eingeleitet. Der Schwingungserzeuger 17 führt zu einer Schwingung der Pressflächen 15, wobei die Isolierung 3 des Leiterstabs 1 durch die über die Pressflächen 15 aufgebrachten Anpresskräfte und Schwingungen verdichtet wird. Die durch die Schwingungen eingebrachte Energie kann außerdem zu einer Erwärmung der Isolierung 3 führen, was die Aushärtungsphase des Isolierfluids auslösen kann. Frequenzen im Bereich von 5 Hz bis 50 Hz haben sich als vorteilhaft erwiesen.

Abgesehen von einem oder zwei konisch gestalteten Endabschnitten der Vorrichtung 6 sind die Pressflächen 15 der Kontur und der Dimension des gewünschten Endprofils des isolierten Leiterstabs 1 angepasst. Nach einer ergänzenden Ausführungsart ist vorgesehen, den von dem Gehäuse 20, 21 , 26, 27) umschlossenen Hohlraum mit austauschbaren Einsätzen 30, 31 zu bestücken. Passend für das Gehäuse (20, 21 , 26, 27) kann eine Mehrzahl von Einsätzen 30, 31 vorgehalten werden, die in Kontur und Dimension den Erfordernissen unterschiedlich gestalteter Leiterstäbe 1 angepasst ist. Damit können Leiterstäbe 1 verschiedener Größe mit derselben Vorrichtung 6 behandelt werden, oder ein Leiterstab 1 kann in mehreren aufeinander folgenden Verdichtungsvorgängen verdichtet werden, wobei der Formenhohlraum der Vorrichtung 6 zwischen zwei Verdichtungsvorgängen durch Austausch der Einsätze 30, 31 entsprechend angepasst werden kann. Die axiale Länge der Vorrichtung 6 kann so ausgewählt sein, dass auch ein gebogener Bereich 19 des Leiterstabs 1 mit der Vorrichtung 6 behandelt werden kann.

Zur Verdichtung der Isolierung 3 eines Leiterstabs 1 wird die Vorrichtung 6 auf den Leiterstab 1 gebracht. Der Schwingungserzeuger 17 wird anschließend eingeschaltet und die Vorrichtung 6 wird entlang des Leiterstabs 1 bewegt. Dabei kann der Leiterstab 1 fixiert werden, so dass er nicht beweglich ist.

Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Insbesondere im Hinblick auf einige bevorzugte Ausführungsbeispiele entnimmt ihr der Fachmann, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen in Gestalt und Einzelheiten gemacht werden können, ohne von dem Gedanken und Umfang der Erfindung abzuweichen. Dementsprechend soll die Offenbarung der vorliegenden Erfindung nicht einschränkend sein. Stattdessen soll die Offenbarung der vorliegenden Erfindung den Umfang der Erfindung veranschaulichen, der in den nachfolgenden Ansprüchen dargelegt ist.

Bezugszeichenliste

1 Leiterstab

2 Teilleiter

3 Isolierung

4 Gehäuse

5 Gehäuse

6 Vorrichtung

7 Oberteil

8 Unterteil

9 Teil von Gehäuse 5

10 Teil von Gehäuse 5

11 Freie Enden

12 Freie Enden

13 Pfeil

14 Abgerundete oder profilierte Flächen

15 Pressfläche

16 Axiale Richtung

17 Schwingungserzeuger

18

19 Geboαener Bereich des Leiterstabs Gehäuseschale

Gehäuseschale

Fluidzuführung rotierende Scheibe

Hebelarm

Hebelarm

Distanzstück

Distanzstück

Vorsprünge an 20 und 21

Kontaktfläche

Einsätze

Einsätze