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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spaltrohr für eine elektrische Maschine, welches zur Anordnung zwischen einem Stator und einem Rotor der elektrischen Maschine ausgebildet ist. Das Spaltrohr ist zumindest teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt, welcher eine Matrix und eine Mehrzahl von Fasern aufweist. Dabei umfasst die Mehrzahl von Fasern erste Fasern, welche aus einem elektrisch leitfähigen, ersten Material gebildet sind. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine elektrische Maschine mit einem solchen Spaltrohr. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Spaltrohrs.
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Das Interesse richtet sich vorliegend auf Spaltrohre für elektrische Maschinen. Derartige Spaltrohre werden insbesondere in flüssigkeitsgekühlten elektrischen Maschinen verwendet und dort zwischen dem Stator und dem Rotor in dem Luftspalt angeordnet. Das Spaltrohr übt dort eine Dichtfunktion aus, indem es verhindert, dass die Kühlflüssigkeit in den Luftspalt gelangt. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, ein solches Spaltrohr aus einem elektrisch leitfähigen Material oder Werkstoff, beispielsweise einem Metall oder einem kohlefaserverstärkten Kunststoff, zu bilden. Das technische Problem besteht in induzierten Wirbelströmen und den daraus resultierenden Leistungsverlusten in der elektrischen Maschine, welche sich aus dem Einsatz des elektrisch leitfähigen Werkstoffs im magnetischen Luftspaltbereich ergeben. Dabei wird insbesondere das Spaltrohr veränderlichen magnetischen Feldern ausgesetzt, sodass bei einer Ausführung des Spaltrohrs aus einem elektrisch leitfähigen Material diese induzierten Wirbelströme entstehen, die in Wärme umgesetzt werden. Somit resultiert diese Verlustleistung in einer Temperaturerhöhung des Bauteils.
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Um eine höhere spezifische (bezogen auf die Dichte) Steifigkeit und Festigkeit zu erreichen, sind neben den metallischen Spaltrohren auch Spaltrohre aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoff eingesetzt worden. Hierbei wurde der Nachteil der Entstehung der Wirbelströme aufgrund der elektrischen Leitfähigkeit der Fasern angesichts der sehr guten mechanischen Eigenschaften in Kauf genommen. Unidirektionale, mit Kohlefasern verstärkte Schichten weisen sehr gute mechanische Eigenschaften in Faserrichtung auf, wobei auch der elektrische Strom in diese Richtung geleitet wird. Darüber hinaus kommt es in der Mikrostruktur einer solchen unidirektionalen Schicht zum elektrischen Kontakt zwischen den einzelnen elektrisch leitfähigen Fasern. Somit ergibt sich auch eine Schließung des Stromkreises in Richtung quer zur Faserrichtung. Dies führt zu Wirbelströmen, die sowohl quer als auch längs zur Faserrichtung fließen. Dadurch werden zusätzliche elektromagnetische Verluste hervorgerufen, wobei sich die Temperatur des Spaltrohrs durch die freigesetzte Elektrowärme erhöht. Der Entstehungsmechanismus der Wirbelströme gilt auch für Winkellagen, deren Faserrichtung von der Umfangsrichtung der elektrischen Maschine abweicht.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie bei einem Spaltrohr, welches aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt ist, die Wirbelstromverluste reduziert werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Spaltrohr, durch eine elektrische Maschine sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Ein erfindungsgemäßes Spaltrohr für eine elektrische Maschine ist zur Anordnung zwischen einem Stator und einem Rotor der elektrischen Maschine ausgebildet. Das Spaltrohr ist zumindest teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt, welcher eine Matrix und eine Mehrzahl von Fasern aufweist. Dabei umfasst die Mehrzahl von Fasern erste Fasern, welche aus einem elektrisch leitfähigen, ersten Material gefertigt sind. Des Weiteren umfasst die Mehrzahl von Fasern zweite Faser, welche aus einem zweiten Material gefertigt sind, welches im Vergleich zu dem ersten Material eine geringe elektrische Leitfähigkeit aufweist. Des Weiteren sind die ersten Fasern und die zweiten Fasern derart zueinander angeordnet, dass die jeweiligen ersten Fasern beabstandet zueinander sind.
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Ein solches Spaltrohr kann in einer elektrischen Maschine und insbesondere in einer flüssigkeitsgekühlten elektrischen Maschine verwendet werden. Das Spaltrohr kann im Wesentlichen hohlzylinderförmig ausgebildet sein. Bei der bestimmungsgemäßen Anordnung des Spaltrohrs in der elektrischen Maschine befindet sich das Spaltrohr in dem Luftspalt zwischen dem Stator und dem Rotor. Mithilfe des Spaltrohrs kann der Stator gegenüber dem Luftspalt abgedichtet werden. Somit kann verhindert werden, dass die Kühlflüssigkeit, welche sich im Stator befindet und dort insbesondere zur Kühlung der Spulen des Stators eingesetzt wird, in den Luftspalt gelangt. Das Spaltrohr ist zumindest teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt, welcher eine Mehrzahl von Fasern beziehungsweise Faserbündeln aufweist. Insbesondere ist das Spaltrohr vollständig aus dem Faserverbundwerkstoff gefertigt. Bei dem Faserverbundwerkstoff sind die Fasern in eine Matrix eingebettet.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass der Faserverbundwerkstoff zwei Typen von Fasern beziehungsweise Faserbündeln aufweist. Zum einen umfasst der Faserverbundwerkstoff die ersten Fasern, die aus dem ersten, elektrisch leitfähigen Material gebildet sind. Des Weiteren umfasst der Faserverbundwerkstoff die zweiten Fasern, welche aus dem zweiten Material gebildet sind. Dieses zweite Material weist im Vergleich zu dem ersten Material eine geringere elektrische Leitfähigkeit auf. Insbesondere handelt es sich bei dem zweiten Material um ein elektrisch isolierendes Material beziehungsweise einen elektrischen Isolator. Die ersten Fasern und die zweiten Fasern können jeweils eine Mehrzahl von Einzelfasern umfassen. Dabei ist es ferner vorgesehen, dass die Matrix beziehungsweise das Matrix-Material eine geringe elektrische Leitfähigkeit aufweist und insbesondere elektrisch isolierend ausgebildet ist. Dabei ist vorgesehen, dass die ersten Fasern und die zweiten Fasern derart zueinander angeordnet sind, dass die jeweiligen ersten Fasern beabstandet zueinander sind. Die elektrisch leitfähigen ersten Fasern beziehungsweise Faserbündel werden in einer Bindung mit den zweiten Fasern so gewebt, dass ein elektrischer Kontakt zwischen den ersten Fasern verhindert wird. Es wird also ein hybrides Gewebe-Konzept eingeführt, welches die ersten Fasern und die zweiten Fasern aufweist. Somit kann eine Stromausbreitung in die transversale Richtung beziehungsweise eine Richtung senkrecht zur Faserrichtung der ersten Fasern unterdrückt werden. Auf diese Weise kann die Entstehung von Wirbelströmen in dem Spaltrohr verhindert werden.
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Bevorzugt sind die ersten Fasern parallel zueinander entlang einer Vorzugsrichtung angeordnet. Es ist insbesondere vorgesehen, dass alle ersten Fasern entlang der Vorzugsrichtung angeordnet sind. Zudem sind einige der zweiten Fasern ebenfalls entlang der Vorzugsrichtung angeordnet. Dabei ist zwischen benachbarten ersten Fasern jeweils zumindest eine zweite Faser angeordnet. Somit kann auf einfache Weise erreicht werden, dass die ersten Fasern beabstandet zueinander angeordnet sind und somit keinen elektrische Kontakt zueinander aufweisen.
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In einer weiteren Ausführungsform bilden die ersten Fasern und die zweiten Fasern eine Gewebeschicht, bei welcher zweite Fasern zusätzlich entlang einer zu der Vorzugsrichtung senkrechten Transversalrichtung angeordnet sind. Zusätzlich zu den bereits erwähnten zweiten Fasern, die entlang der Vorzugsrichtung zwischen den ersten Fasern angeordnet sind, sind auch zweite Fasern entlang der Transversalrichtung angeordnet. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass entlang der Transversalrichtung nur die zweiten Fasern angeordnet sind. Diese zweiten Fasern, die entlang der Transversalrichtung verlaufen, sind in einem bestimmten Rhythmus über und unter den Fasern, die entlang der Vorzugsrichtung verlaufen, angeordnet. Die Fasern können gemäß einer Fadenverkreuzung zueinander angeordnet sein. Die ersten Fasern und die zweiten Fasern, die entlang der Vorzugsrichtung angeordnet sind, sowie die zweiten Fasern, die entlang der Transversalrichtung angeordnet sind, bilden zusammen eine Gewebeschicht. Diese Gewebeschicht umfasst die rechtwinklig zueinander angeordneten und verkreuzten Fasern. Im einfachsten Fall könnte das Spaltrohr aus einer solchen Gewebeschicht gebildet sein. Innerhalb einer solchen Gewebeschicht wird die Ausbildung von Wirbelströmen verhindert.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Spaltrohr aus zumindest zwei übereinander angeordneten Gewebeschichten gefertigt ist, wobei die zumindest zwei Gewebeschichten entlang einer radialen Richtung des Spaltrohrs übereinander angeordnet sind. Falls das Spaltrohr aus mehr als einer Gewebeschicht besteht, wird das Hybrid-Konzept in die dritte Dimension, nämlich die radiale Richtung beziehungsweise die Dickenrichtung des Spaltrohrs, zu einem Laminat erweitert. Dabei ist es ebenfalls vorgesehen, dass entlang der Dickenrichtung des Spaltrohrs beziehungsweise der radialen Richtung eine räumliche Trennung zwischen den ersten Fasern beziehungsweise den elektrisch leitfähigen Fasern erfolgt. Beispielsweise kann die Gewebeschicht zur Fertigung des Spaltrohrs entsprechend auf eine zylindrische Form gelegt und/oder um diese gewickelt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Spaltrohr eine variable Dicke aufweist. Dies bedeutet, dass unterschiedliche Bereiche des Spaltrohrs eine unterschiedliche Anzahl von Gewebeschichten aufweisen können.
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In einer Ausführungsform sind die zumindest zwei übereinander angeordneten Gewebeschichten derart ausgebildet, dass die ersten Fasern aus den jeweiligen Gewebeschichten beabstandet zueinander sind. Beispielsweise können die zweiten Fasern, die entlang der Vorzugs- und Transversalrichtung angeordnet sind, so ausgebildet beziehungsweise angeordnet sein, dass sich die jeweiligen ersten Fasern der jeweiligen Gewebeschicht beim übereinander Anordnen der Gewebeschichten nicht berühren. Die räumliche Trennung in Dickenrichtung beziehungsweise in Radialrichtung kann ebenfalls als eine dreidimensional gewebte Konfiguration beziehungsweise als 3D-Gewebe ausgeführt werden, wobei der elektrische Kontakt zwischen den elektrisch leitfähigen Fasern in axialer Richtung und in radialer Richtung durch die räumliche Trennung voneinander mittels Weben mit den zweiten Fasern erzielt wird. Somit kann eine Schließung der Stromkreise in Radialrichtung beziehungsweise in Dickenrichtung des Spaltrohrs verhindert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zwischen den zumindest zwei übereinander angeordneten hybriden Gewebeschichten eine elektrisch isolierende Schicht angeordnet. Diese isolierende Schicht kann beispielsweise durch eine sehr dünne Glasgewebe-Schicht, welche ein sehr niedriges Flächengewicht aufweist, bereitgestellt werden. Es kann sich auch um eine elektrisch isolierende Folie handeln. Beispielsweise kann bei der Herstellung des Spaltrohrs eine solche elektrisch isolierende Schicht auf der Gewebeschicht angeordnet werden. Im Anschluss daran kann der Verbund aus der Gewebeschicht und der elektrisch isolierenden Schicht um eine zylindrische Form gelegt und/oder gewickelt werden. Dies ermöglicht eine einfache Herstellung des Spaltrohrs, bei welcher die Wirbelströme auf effektive Weise verhindert werden können.
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Die Vorzugrichtung, entlang welcher die ersten Fasern beziehungsweise die elektrisch leitfähigen Fasern verlaufen, kann mit der Umfangsrichtung des Spaltrohrs beziehungsweise der elektrischen Maschine übereinstimmen. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Vorzugsrichtung in dem Winkelbereich zwischen -70° und 70° zu der Umfangsrichtung verläuft. Durch die Trennung der ersten Fasern beziehungsweise der elektrisch leitfähigen Fasern mittels der zweiten Fasern wird die Schließung der Wirbelstromkreise in Richtung quer zu der Vorzugsrichtung unterdrückt. Folglich reduzieren sich die mit den induzierten Wirbelströmen verbundenen elektromagnetischen Verluste. Die mit Elektrowärme zusammenhängende zusätzliche Bauteilerhitzung wird somit ebenfalls verhindert.
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In einer Ausführungsform sind die ersten Fasern Kohlenstofffasern und die zweiten Fasern sind Glasfasern und/oder Aramidfasern und/oder Keramikfasern. Durch die Kohlenstofffasern kann eine hohe spezifische Festigkeit und Steifigkeit erreicht werden. Die zweiten Fasern, die aus Glas und/oder Aramid und/oder Keramik gefertigt sind, zeichnen sich ebenfalls durch die guten spezifischen mechanischen Eigenschaften aus. Zudem sind diese Materialien elektrisch isolierend.
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Eine erfindungsgemäße elektrische Maschine umfasst ein erfindungsgemäßes Spaltrohr. Die elektrische Maschine kann eine Kühleinrichtung zum Kühlen des Stators aufweisen. Mittels der Kühleinrichtung kann eine Kühlflüssigkeit zum Kühlen des Stators, insbesondere der Spulen des Stators, gefördert werden.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Herstellen eines Spaltrohrs für eine elektrische Maschine, welches zur Anordnung zwischen einem Stator und einem Rotor der elektrischen Maschine ausgebildet ist. Hierbei wird das Spaltrohr zumindest teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt, welcher eine Matrix und eine Mehrzahl von Fasern aufweist. Dabei umfasst die Mehrzahl von Fasern erste Fasern, welche aus einem elektrisch leitfähigen, ersten Material gefertigt sind. Des Weiteren umfasst die Mehrzahl von Fasern zweite Fasern, welche aus einem zweiten Material gefertigt sind, welches im Vergleich zu dem ersten Material eine geringe elektrische Leitfähigkeit aufweist. Dabei werden die ersten Fasern und die zweiten Fasern derart zueinander angeordnet, dass die jeweiligen ersten Fasern beabstandet zueinander sind.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Herstellungsverfahren des Spaltrohrs wie folgt ablaufen: Aus den ersten Fasern und den zweiten Fasern kann eine Gewebeschicht gewebt werden. Diese Gewebeschicht kann dann mit dem Matrix-Material, beispielsweise einem Harz, getränkt werden. Danach kann die vorimprägnierte Gewebeschicht auf eine Form aufgebracht werden. Insbesondere kann die vorimprägnierte Gewebeschicht auf eine zylindrische Form aufgewickelt oder auf diese aufgelegt werden. Falls mehrere Gewebeschichten übereinander vorgesehen sind, kann zwischen den Gewebeschichten die elektrisch isolierende Schicht angeordnet werden. Diese elektrisch isolierende Schicht kann eine Gewebe-Schicht mit einem sehr niedrigen Flächengewicht und somit einer sehr geringen Dicke sein. Der Verbund aus den Hybrid-Gewebeschichten sowie gegebenenfalls den elektrisch isolierenden Schichten, inklusive des tränkenden Matrix-Materials, kann anschließend zum Beispiel unter Vakuum entlüftet werden und danach, beispielsweise in einem Autoklaven, unter Druck und erhöhter Temperatur ausgehärtet werden. Es wäre auch denkbar, dass das Matrix-Material sich nur in den hybriden Gewebeschichten befindet, so dass das Matrix-Material die elektrisch isolierenden Schichten während des Herstellungsprozesses benetzt. Es können auch die elektrisch isolierenden Schichten und die Gewebeschichten vorgetränkt sein. Zudem kann vorgesehen sein, dass das ausgehärtete Material entsprechend zugeschnitten wird, um das Spaltrohr herzustellen. Für die Herstellung des Spaltrohrs können auch andere Verfahren, beispielsweise Injektions- oder Pressverfahren, verwendet werden.
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Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Spaltrohr vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße elektrische Maschine und das erfindungsgemäße Verfahren.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 eine ausschnittsweise Darstellung einer elektrischen Maschine, welche einen Stator, einen Rotor sowie ein Spaltrohr aufweist;
- 2 eine Schnittdarstellung durch einen mikroskopischen Bereich einer unidirektionalen Faserverbund-Schicht eines Spaltrohrs, welches gemäß dem Stand der Technik als Faserverbund-Teil ausgeführt ist;
- 3 eine schematische Darstellung, welche die Entstehung der Wirbelströme in dem Spaltrohr gemäß 2 verdeutlicht;
- 4 eine schematische Darstellung einer Gewebeschicht zur Herstellung des Spaltrohrs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wobei die Gewebeschicht erste Fasern und zweite Fasern aufweist;
- 5 eine Gewebeschicht gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
- 6 eine Gewebeschicht gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
- 7 eine schematische Darstellung von zwei Gewebeschichten in einem Laminat, wobei die Gewebeschichten entlang einer radialen Richtung des Spaltrohrs übereinander angeordnet und mittels einer zusätzlichen isolierenden Schicht radial beabstandet sind;
- 8 eine schematische Darstellung einer Anordnung der Gewebeschicht und einer elektrisch isolierenden Schicht; und
- 9 die Schichten gemäß 8, welche zur Herstellung des Spaltrohrs auf eine zylindrische Form aufgewickelt werden.
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In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt einen Schnitt durch einen Kreissektor einer elektrischen Maschine 1. Die elektrische Maschine 1 umfasst einen Stator 2 sowie eine Rotor 3, dessen Außendurchmesser vorliegend nur angedeutet ist. Der Stator 2 umfasst eine Mehrzahl von Zähnen 4, auf welchen jeweilige Spulen 5 einer Wicklung der elektrischen Maschine 1 angeordnet sind. Die elektrische Maschine 1 beziehungsweise der Stator 2 ist vorliegend flüssigkeitsgekühlt ausgebildet. Dies bedeutet, dass sich in jeweiligen Zwischenräumen 6 zwischen den Zähnen 4 eine Kühlflüssigkeit befindet. Zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 3 ist ein mechanischer Luftspalt 7 ausgebildet. Um zu verhindern, dass die Kühlflüssigkeit von dem Stator 2 in den Luftspalt 7 gelangt, ist ein Spaltrohr 8 vorgesehen. Dieses Spaltrohr 8 ist im Wesentlichen hohlzylinderförmig ausgebildet.
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2 zeigt einen mikroskopischen Schnitt durch einen Bereich einer Faserverbund-Schicht eines Spaltrohrs 8 gemäß dem Stand der Technik. Dieses Spaltrohr 8 ist aus einem Faserverbundwerkstoff gebildet und umfasst eine Matrix 9 sowie eine Mehrzahl von ersten Fasern 10. Diese ersten Fasern 10 sind aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere aus Kohlenstoff gebildet. Die Matrix 9 ist aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet. Dabei sind die ersten Fasern 10 so zueinander angeordnet, dass sich diese teilweise berühren und somit einen elektrischen Kontakt zueinander aufweisen. In der 2 ist beispielhaft eine elektrische Kontaktfläche 12 zwischen zwei benachbarten ersten Fasern 10 gezeigt. Der gezeigte Bereich des Spaltrohrs 8 weist in radialer Richtung r eine Dicke d auf, welche deutlich geringer als die Gesamtdicke des Spaltrohrs 8 ist. Zudem ist schematisch ein aktiver Bereich 13 dargestellt.
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3 zeigt einen mikroskopischen Ausschnitt des Spaltrohrs gemäß des Schnitts III-III welcher in 2 angedeutet ist. Hierbei sind die jeweiligen ersten Fasern 10 zu sehen, welche parallel zueinander angeordnet sind und vorliegend entlang einer Umfangsrichtung θ des Spaltrohrs 8 verlaufen. In dieser symbolischen Veranschaulichung ist zu erkennen, dass entlang des Schnitts III-III jeweils vier elektrisch leitfähige Fasern 10 einen Kontakt zueinander aufweisen. Die 3 zeigt eine sehr grobe, vereinfachte Darstellung. Die Fasern 10 können einen im Mikrometer-Bereich liegenden Durchmesser aufweisen. In der Realität besteht ein elektrischer Kontakt zwischen einer um Größenordnungen höheren Anzahl von Fasern 10, welche einen geschlossenen Stromkreis bilden. Somit kann sich der aktive Bereich 13 über die axiale Länge des Spaltrohrs 8 erstrecken. Dies hat zur Folge, dass sich Wirbelströme in dem Spaltrohr 8 ausbilden können. Der symbolische Wirbelstromverlauf 14 ist vorliegend angedeutet.
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Die 4 bis 6 zeigen unterschiedliche Ausführungsformen von Gewebeschichten 15 für die Herstellung eines Spaltrohrs 8 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Bei diesen Gewebeschichten 15 soll der elektrische Kontakt zwischen den ersten Fasern 10 beziehungsweise den elektrisch leitfähigen Fasern unterbunden werden. Dies wird dadurch erreicht, dass neben den ersten Fasern 10 auch zweite Fasern 11 verwendet werden, welche aus einem zweiten Material gefertigt sind. Dieses zweite Material weist im Vergleich zu einem ersten Material, aus welchem die ersten Fasern 10 gefertigt sind, eine geringere elektrische Leitfähigkeit auf. Insbesondere handelt es sich bei dem zweiten Material um einen elektrischen Isolator, beispielsweise Glas oder Aramid. Dabei sind die ersten Fasern 10 und die zweiten Fasern 11 zu der Gewebeschicht 15 verbunden. Die ersten Fasern 10 und die zweiten Fasern 11 bestehen insbesondere jeweils aus einer Vielzahl von Einzelfasern. Dabei sind die ersten Fasern 10 parallel zueinander und entlang einer Vorzugsrichtung f angeordnet. Zwischen zwei benachbarten ersten Fasern 10 ist zumindest eine zweite Faser 11 angeordnet. Bei den Beispielen von 4 und 5 ist zwischen den ersten Fasern 10 jeweils eine zweite Faser 11 angeordnet. Bei dem Beispiel von 6 sind zwischen den benachbarten ersten Fasern jeweils zwei zweite Fasern 11 angeordnet.
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Zudem umfassen die jeweiligen Gewebeschichten 15 zweite Fasern 11, welche entlang einer Transversalrichtung t angeordnet sind. Vorliegend ist vorgesehen, dass entlang der Transversalrichtung t nur zweite Fasern 11 angeordnet sind. Bei dem Spaltrohr 8 kann die Vorzugsrichtung f der Umfangsrichtung θ entsprechen und die Transversalrichtung t kann der axialen Richtung a des Spaltrohrs 8 entsprechen. Somit kann ein hybrides Gewebe-Konzept bereitgestellt werden, durch welches die Entstehung der Wirbelströme unterbunden werden kann.
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Falls das Spaltrohr 8 aus mehr als einer derartigen Gewebeschicht 15 besteht, wird das Hybrid-Konzept in die dritte Dimension beziehungsweise die Radialrichtung r des Spaltrohrs 8 zu einem Laminat erweitert. Wie in 7 schematisch dargestellt ist, kann dies durch den Einsatz der zuvor beschriebenen Gewebeschicht 15 erreicht werden, wobei zwischen zwei übereinander angeordneten Gewebeschichten 15 eine elektrisch isolierende Schicht 16 angeordnet ist. Bei der elektrisch isolierenden Schicht 16 kann es sich um eine sehr dünne elektrisch isolierende Gewebelage mit einem sehr niedrigen Flächengewicht oder um eine Kunststofffolie handeln. In diesem speziellen Beispiel zeigt die Vorzugsrichtung f der jeweiligen Gewebeschichten 15 in die Umfangsrichtung θ des Spaltrohrs 8 beziehungsweise des Elektromotors 1. Ferner sind in 7 die zweiten Fasern 11 zu erkennen, die entlang der Transversalrichtung t verlaufen. Diese zweiten Fasern 11 verlaufen beispielsweise, wie in 4 und 5 ebenfalls angedeutet ist, alternierend über und unter einem Paar einer ersten Faser 10 und einer zweiten Faser 11, die entlang der Vorzugsrichtung f verlaufen. Die Transversalrichtung t entspricht vorliegend der axialen Richtung a des Spaltrohrs 8.
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8 zeigt eine schematische Darstellung eines Verbunds 17, welcher eine Gewebeschicht 15 sowie eine elektrisch isolierende Schicht 16 umfasst. Die beiden Schichten 15, 16 werden zunächst zusammengefügt, beispielsweise durch das Vakuumieren zweier jeweiliger Prepreg-Material-Schichten. Anschließend wird der Verbund 17 auf eine Form 18 aufgebracht und gemäß dem entsprechenden Prozess gefertigt, beispielsweise in einem Temperatur-Druck-Aushärtezyklus in einem Autoklaven.
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Das Aufbringen des Verbunds 17 auf die Form 18 ist vorliegend schematisch in 9 veranschaulicht. Dabei ist die Form 18 zylinderförmig ausgebildet. Der Verbund 17 wird entsprechend auf diese Form 18 aufgewickelt. Bei dem gezeigten Beispiel entspricht die Vorzugsrichtung f der Umfangsrichtung θ des Spaltrohrs 8 und die Transversalrichtung t entspricht der axialen Richtung a des Spaltrohrs 8. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Vorzugsrichtung f in einem Winkel φ von -70° bis 70° zu der Umfangsrichtung 9 liegt.
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Vorliegend erfolgt eine Hybridisierung elektrisch leitfähiger erster Fasern 10 und elektrisch isolierender, zweiter Fasern 11 zu einem Gewebe-Konzept und der dadurch erzielten räumlichen Trennung der elektrisch leitfähigen Fasern 10 beziehungsweise Einheiten voneinander. Zudem ist eine analoge dreidimensionale Erweiterung in die Dickenrichtung beziehungsweise radiale Richtung r des Spaltrohrs 8 vorgesehen, um die Schließung der Stromkreise quer zu den leitfähigen Fasern (Axialrichtung a des Spaltrohrs 8) und die resultierenden Wirbelstromverluste zu unterdrücken.
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Bei den erwarteten Vorteilen stehen die elektromagnetischen Eigenschaften im Vordergrund: Durch die Trennung elektrisch leitfähiger Fasern beziehungsweise der ersten Fasern 10 mittels elektrisch isolierender Fasern beziehungsweise der zweiten Fasern 11 wird die Schließung der Wirbelstromkreise in Richtung quer zu den elektrisch leitfähigen Fasern unterdrückt. Folglich reduzieren sich die mit induzierten Wirbelströmen verbundenen elektromagnetischen Verluste. Dabei wird die mit Elektrowärme zusammenhängende zusätzliche Bauteilerhitzung verhindert. Insgesamt verbessert sich die Robustheit des Gesamtsystems elektrische Maschine 1.
