DE2410458C2 - Verschränkter elektrischer Leiter und Verfahren zum Herstellen eines solchen Leiters - Google Patents

Description

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und h -J-

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aufweist, wobei h die Höhe und π bei gerader Anzahl die Anzahl der Einzelleiter (1) ist und bei ungerader Anzahl der Einzelleiter (1) auf die nächste gerade Zahl aufgerundet ist.

5. Verfahren zum Herstellen eines verschränkten elektrischen Leiters nach Anspruch 3 oder 4 mit verklebten Einzelleitern, dadurch gekennzeichnet, daß das Band bis zum Schmelzen erhitzt wird.

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Die Erfindung geht aus von einem verschränkten elektrischen Leiter zum Einsetzen in Nuten elektrischer Maschinen, bestehend aus einer Anzahl gegeneinander isolierter und aufeinandergelegter Einzelleiter von rechteckigem Querschnitt, die in mehreren durch Trennkörper voneinander getrennten Reihen nebeneinander angeordnet sind und unter Veränderung ihrer Höhenlage jeweils von einer Reihe in eine andere gehend verschränkt sind.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Leiters.

Aus der GB-PS 8 66 595 ist ein solcher Leiter bekannt, bei dem jedoch die Einzelleiter flach aufeinander liegen. Hierdurch ist es bedingt, daß diese an den Verschränkungsstellen, bei denen jeweils der Einzelleiter von einer Reihe in die andere Reihe überwechselt, in der Richtung des größeren Flächenträgheitsmomentes des Rechteckquerschnittes abgekröpft sind, so daß sich der erforderliche Parallelversatz des jeweiligen Einzelleiters ergibt.

Ein solcher Leiter ist aber bei festliegenden Abmessungen des Einzelleiters verhältnismäßig dick und für die Verwendung in schmalen Ankernuten von schnell laufenden Gleichstromgeneratoren ungeeignet. Außerdem kann ein solcher Leiter wegen seiner Steifigkeit aufgrund der Anordnung der Einzelleiter im wesentlichen nur als gestreckter Stab verwendet werden, weil er keine ausreichend kleinen Biegeradien zuläßt.

Aus der DE-PS 2 82 195 ist ein Leiter für elektrische Maschinen mit großer Nutenstreuung bekanr*, bei dem die Einzelleiter hochkant übereinanderliegen. An der Verschränkungsstelle sind jedoch die Einzelleiter jeweils bogenförmig um 180° umgeklappt Aufgrund dieser starken Biegung entstehen unerwünschte Risse an der Außenseite der Einzelleiterisolation und damit eine geringere Spannungsfestigkeit

Um jedoch die Kühlung eines Gleichstromgenerators bei steigenden Drehzahlen zu verbessern, ist es erforderlich, die Anzahl der Ankernuten zu erhöhen. Dazu muß bei gleichbleibendem Ankerdurchmesser die Breite der Nuten vermindert werden. Steigende Ankerdrehzahlen ergeben andererseits eine Erhöhung der Frequenz des durch die Wicklungen fließenden Stromes, wodurch auch der in den Wicklungen wirkende Skineffekt vergrößert wird. Wenn eine rechteckige Spulenseite in einer Ankernut angeordnet ist, wird wegen der ungleichmäßigen Verteilung des magnetischen Flusses in Richtung der Nwentiefe in den Windungsdrähten ein Wirbelstrom induziert Aus diesen Gründen ist man, wie bekannt, zum einen dazu übergegangen, um die Wirkung des Skineffekts zu vermeiden, den Leiter, aus dem eine Wicklung hergestellt ist, aus einer größeren Anzah! kleiner rechteckiger Drähte zusammenzusetzen, und zum andern, diese einzelnen Drähte zu kreuzen.

Bei bekannten Spulenkonstruktionen, deren Windungen mit mehreren gekreuzten Drähten gebildet werden, ist es unmöglich, aus Drähten mit herkömmlichen Abmessungen gebildete Spulenseiten in kleine Nuten, wie sie beispielsweise für die Anker von Gleichstromgeneratoren verwendet werden, einzuführen. Um die Spulenseiten in den kleinen Nuten unteroringen zu können, ist es bei bekannten Spulenkonstniktionen erforderlich, die Dicke und Breite der einzelnen Drähte zu verringern. Wenn die Spulenenden einer mit derartigen dünnen Drähten hergestellten Spulen mit einer Stromwenderfahne, beispielsweise durch Hartlöten mit Silberlot, verbunden werden, werden die einzelnen Drähte oft durch das Lot aufgeschmolzen und zerrissen. Wenn die Spule aus einer größeren Anzahl dünner Drähte hergestellt ist, treten in ihr andererseits unerwünschte Nachbarschaftseffekte auf. Außerdem verlieren nach herkömmlichen Verfahren hergestellte gekreuzte Spulen wegen dem ungenügenden Zusammenhalt zwischen den einzelnen Leiterdrähten leicht ihre Form.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verschränkten elektrischen Leiter der oben genannten Art zu schaffen, der für die Herstellung von Ankerspulen für schnell laufende Generatoren geeignet ist und mit den Ankerspulen in einer zum Einbringen in schmale Ankernuten geeigneten Form hergestellt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung durch die Merkmale des Hauptanspruches gekennzeichnet.

Besonders formstabil sind mit einem verschränkten Leiter hergestellte Wicklungen, bei denen als isolierender Trennkörper ein thermoplastisches Band vorgesehen ist, durch das die Einzelleiter zu einem festgefügten Gebilde miteinander verbunden sind.

Eine bewährte Ausführung zeichnet sich dadurch aus, daß als isolierender Trennkörper ein Band vorgesehen

ist, das längs seiner beiden Kanten Ausschnitte aufweist, durch die die Einzelleiter beim Obergang von einer Reihe in die andere hindurchgeführt sind.

Gut bewährt hat sich ein verschränkter elektrischer Leiter mit einem Band, das eine Breite zwischen

h (-!L-1) und *-=-

aufweist, wobei h die Höhe und η bei gerader Anzahl die Anzahl der Einzelleiter ist und bei ungerader Anzahl der Einzelleiter auf die nächste gerade Zahl aufgerundet ist

Ein einfaches Verfahren zum Herstellen verschränkter elektrischer Leiter besteht darin, daß das Band nach dem Verschränken der Einzelleiter bis zum Schmelzen erhitzt wird.

Der Ausdruck »kreuzen« bzw. »verschränken« wird in dem Sinn benutzt, daß ein Einzelleiter, wie aus F i g. 1 oben ersichtlich, von einer Reihe hochkant übereinanderliegender Drähte seitlich schräg zu der parallel nebers der ersten Reihe angeordneten zweiten Reihe hochkant Obereinanderliegender Drähte übertri'. bzw. versetzt wird.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 ein Stück eines gekreuzten elektrischen Leiters gemäß der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht,

F i g. 2 ein Stück Einzeldraht eines gekreuzten Leiters nach Fig. 1, in einer die Hochkantrichtung und die Querrichtung des Drahtprofils hervorhebenden perspektivischen Ansicht,

F i g. 3 eine Ankernut mit sechs Ankerseiten, die unter Verwendung des gekreuzten Leiters nach F i g. 1 hergestellt sind, im Querschnitt,

Fig.4A ein Stück eines anderen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen gekreuzten Leiters, in einer perspektivischen Ansicht und

F i g. 4B ein in dem gekreuzten Leiter nach F i g. 4A verwendete^ Klebband, in einer perspektivischen Ansieht.

Der in F i g. 1 dargestellte gekreuzte elektrische Leiter weist mehrere einzelne Leiterdrähte 1 auf, die aus einem mit einer Isolierschicht \b überzogenen Profilstab mit einem Rechteckquerschnitt der Höhe Λ und der Breite / bestehen. Die Höhe h ist die Abmessung des Querschnitts in der Richtung, in der die Einzeldrähte übereinander geschichtet werden und die Breite t die Abmessung des Querschnitts in einer Richtung senkrecht zu der Höhe h. Die Breite f des stabförmigen Leiters wird unter Berücksichtigung von Einflußgrößen wie die Leitfähigkeit und Permeabilität des Leiterwerkstoffs und die Tiefe des von der Frequenz des Stromes abhängigen Skineffekts festgelegt. Um die Wirkung des Skineffekts auf ein Mindestmaß herabzudrücken, ist es erforderlich, die Breite / mit zunehmender Frequenz zu verringern. Außerdem hängt die Breite t auch noch von der jeweiligen Breite der Ankernut ab. Die Höhe h des stabförmigen Einzeldrahtes ergibt sich aus der Querschnittsfläche (txh), die so zu wählen ist, daß die Warmekapazität ausreicht, um zu verhindern, daß der Draht beim Hartlöten mit Silberlot schmilzt oder abreißt. Außerdem ist die Höhe Λ durch die Tiefe der jeweiligen Ankernut bestimmt. Die Isolierschicht \b kann durch Einbrennen eines Kunstharzlacküberzugs (beispielsweise aus Formaldehyd-, Polyester-, Polyesterimid-, Polyurethan-, Epoxy-, Polyar .idimid-, Polyimid-, Kunstharz) oder eines Überzugs aus einem anderen geeigneten organischen Isolierstoff oder ölharzlack oder durch Aufbringen einer Schicht von Glasfibern oder anderen anorganischen oder organischen Fibern (Polyester-, Poliair.idfiber usw.) oder durch Aufwickeln eines Glasfiberbandes hergestellt werden.

Wie sich auch aus F i g. 2 ergibt, wird hier die Richtung parallel zu der größten Abmessung des Drahtquerschnitts, vgl. den rechten Pfeil »Hochkantrichtung« und die Richtung parallel zu der kleinsten Querschnittsabmessung »Querrichtung« genannt In zwei Spalten oder Reihen sind mehrere Drähte oder Einzelleiter übereinandergeschichtet, wobei zwischen die beiden so gebildeten senkrechten Reihen von Drähten 1 ein isolierender Trennkörper 2 eingefügt ist An dem oberen und an dem unteren Ende der Drahtschichten ist je ein Draht in Querrichtung über den Trennkörper 2 gekreuzt Außerdem ändert sich die jeweilige Lage der einzelnen Drähte laufend innerhalb der Schichtung. Der isolierende Trennkörper 2 ist vorzugsweise aus einem thermoplastischen Kunstharz hergestellt, das Heim Erwärmen erweicht und die einzelnen Drähte zu einer Einheit verbindet Da der erweichte Kunstharz die Hohlräume zwischen den versetzten Drähten auffüllt, verhindert er eine Zunahme des Potentialgradienten an den gegeneinander versetzten Drahtteilen sowie eine Beschädigung der Isolierschicht Xb der einzelnen Drähte.

In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht der isolierende Trennkörper 2 aus einem Klebband. Nach dem Einfügen des Klebbands zwischen die zwei Reihen aufeinander geschichteter Leiter und nach dem Verschränken oder Kreuzen der Drähte wird das Klebband durch Erhitzen geschmolzen und verbindet dabei die Drähte zu einem einheitlichen Gebilde. Da durch diese Maßnahme die einzelnen Drähte fest in ihrer verschränkten Stellung gehalten werden, wird verhindert, daß wenn eine gemeinsame Außenisolierung 3 auf eine mehrere zusammengefügte einzelne Leiterdrähte 1 umfassende Spulenseite aufgebracht worden ist (vgl. F i g. 3), die Spulenseite ihre Gestalt verliert oder ändert. Dieser Aufbau verbessert außerdem die Biegefes*'gkeit der Spulenseite. Das als isolierender Trennkörper 2 verwendete Klebband wird zweckmäßigerweise aus einem Werkstoff hergestellt, der gut an der Isolierschicht \b haftet, wenn er durch Erwarmen geschmolzen worden ist. Als Beispiele eine- solchen Werkstoffes kommen thermoplastische Kunstharze in Frage wie Nylon, Polyhydroxyäther-, Polycarbonat-, Polyester-, Polyfluoroethylenpropylen-, Polyethylentetrafluoroethylen-, Polyphenylenoxide Polyacetat-Harz. Bei Verwendung von Polyfluoroethylen und Polyethylentetrafluoroethylen weist das Klebband eine verbesserte Wärmefestigkeit auf. Es kann auch ein Klebband verwendet werden, das mit einer Haftmasse aus einem härtenden Kunstharz, beispielsweise auf Nitryl-epoxy- oder Phenol-epoxy-Basis, überzogen ist. Die die ganze Spulenseite umschließende gemeinsame Außenisolierung 3 besteht aus Papier, Kunststoff oder isolierenden Fibern.

Die Spulenseite ··, einer durch Aufwickeln eines oben beschriebenen gekreuzten elektrischen Leiters hergestellten Spule sind wie aus F i g. 3 ersichtlich in die jeweilige Ankernut eingefügt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind zwei Lagen von je drei nebeneinander liegenden Windungen mit den beschriebenen gekreuzten Leitern gebildet. In F i g. 3 ist eine der Windungen mit Vollinien dargestellt und die anderen Windungen mit gestrichelten Linien angedeutet. Bei Hoehgeschwindigkeits-Gleichstrommaschinen ist die

Nutbreite gering. Bei einer Nutbreite von beispielsweise 6 bis 15 mm weist ein Leiter eine Breite von 2 bis 5 mm und ein Einzelleiter eine Breite / von unter 1 mm bis 1,7 mm auf. Die Höhe des rechteckigen Querschnitts eines Leiters h beträgt 3 bis 5 mm, seine Querschnitlsfläche somit 3 bis 8,5 mm². Dieser Querschnitt ist groß genug, um zu verhindern, daß die einzelnen Drähte eines gekreuzten Leiters, wenn sie mit Silberlot an die Stromwenderfahne einer Gleichstrommaschine angelötet werden, abschmelzen oder abreißen. Eine nach der Erfindung hergestellte Leiterspule vermeidet den schädlichen Einfluß von Nachbarschaftseffekten, da jede Spule eine große Anzahl kleiner Drähte aufweist.

Die Breite des Klebebandes liegt in einem Bereich von

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15 Abstand von 5 mm auf, deren Breite je 2 mm und deren Tiefe 3 mm beträgt. Die einzelnen Drähte sind mit einer Teilung von 80 mm durch die Ausschnitte geführt oder gekreuzt, wodurch sich ein verschränkter Leiter ergibt. Die Kreuzung erfolgt durch die Ausschnitte hindurch, ohne aber das Klebband durch den jeweilig durchgeführten Draht zu deformieren.

Der verschränkte Leiter wird dann in einem elektrischen Ofen auf eine Temperatur von 300° Celsius erhitzt, wobei das Klebband schmilzt und die einzelnen Drähte miteinander verbindet. Für die Biegefestigkeit des gekreuzten Leiters in Hochkantrichtung und in Querrichtung sind vor bzw. nach der Wärmebehandlung folgende Werte gemessen worden.

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bis Λ —■·,

wobei h die Höhe und η bei gerader Anzahl die Anzahl der Einzelleiter ist und bei ungerader Anzahl der Ein /eileiter auf die nächste gerade Zahl aufgerundet ist.

Bei einer geringeren Breite ist keine ausreichende Bindekraft gewährleistet. Die brauchbare Dicke des Klebbandes liegt zwischen 0,0! und 0,1 mm. Eine zu große Dicke verschlechtert die Raumausnützung. während es bei einer zu geringen Dicke schwierig wird, das Klebband zwischen die Reihen gekreuzter Leiterdrähte einzubringen. Die bevorzugte Klebband-Dicke liegt etwa bei 0,05 mm. so

Mit der Erfindung gelingt es erstmals, die Breite der einzelnen Drähte 1 so gering zu halten, daß sich der Skineffekt nicht nachteilig auswirkt, auf der anderen Seite aber eine ausreichend große Querschnittsfläche zu erhalten, damit die Drähte beim Hartlöten nicht abschmelzen oder -reißen. Es ist dementsprechend auch möglich, die Spulenseite einer linier Verwendung der erfindungsgemäßen gekreuzten Leiter hergestellten Spule ohne Schwierigkeiten in eine schmale Ankernut einzusetzen.

In dem in F i g. 4A und 4B dargestellten weiteren Ausführ'jngsbeispiel der Erfindung sind die entsprechenden Einzelteile mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Das hier als isolierender Trennschichtkörper 2 für den gekreuzten Leiter verwendete Klebband ist längs seiner beiden Ränder mit Ausschnitten 2a versehen, wie in Fig. 4B dargestellt. Die Breite A des einzelnen Ausschnitts ist etwa drei- bis fünfmal so groß wie die Breite t des Querschnitts eines rechteckigen Drahtes und die Tiefe B des einzelnen Ausschnitts im wesentlichen gleich der Höhe L des Drahtquerschnitts. Beim Kreuzen oder Durchführen eines Drahtes durch einen Ausschnitt 2a ist nicht zu befürchten, daß das Klebband deformiert wird. Das Klebband kann aus einem Isolierstoff bzw. einem thermoplastischen oder duroplastischen Werkstoff hergestellt sein. Der abgewandelte gekreuzte Leiter gemäß F i g. 4A kann in genau dergleichen Weise und mit dem gleichen guten Erfolg wie die Ausführung gemäß F i g. 1 verwendet werden.

Bewährte Ausführungen von erfindungsgemäßen gekreuzten Leitern weisen folgende Abmessungen auf:

7 rechteckige isolierte Kupferleiter, mit je 1,0 mm κ 2,6 mm Querschnittsfläche und einem Überzug aus Poiyamidimid, sind in zwei parallelen Reihen übereinander gestapelt und ein Klebband 2 aus Polycar- μ bonat zwischen die beiden Reihen eingefügt. Das Klebband hat eine Breite von JO mm und eine Dicke von Oj mm und weist Ausschnitte 2 mit einer Teilung oder

	nach dem Erhitzen	vordem Erhitzen
Biegefestigkeit quer	nt !6kp 4kp	!Okp 2,5 kp
Hierzu 2	Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verschränkter elektrischer Leiter zum Einsetzen in Nuten elektrischer Maschinen, bestehend aus einer Anzahl gegeneinander isolierter und aufeinandergelegter Einzelleiter von rechteckigem Querschnitt, die in mehreren durch Trennkörper voneinander getrennten Reihen nebeneinander angeordnet und unter Veränderung ihrer Höhenlage jeweils von einer Reihe in eine andere gehend verschränkt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelleiter (1) hochkant übereinandergelegt sind und verdrehungsfrei hochkant von einer Reihe in die nächste übergehen und daß diese so entstandenen Ver- jj schränkungen jedes Einzelleiters sich periodisch wiederholen.

2. Verschränkter elektrischer Leiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als isolierender Trenrkörper (2) ein thermoplastisches Band vorgesehen ist durch das die Einzelleiter (1) zu einem festgefügten Gebilde miteinander verbunden sind.

3. Verschränkter elektrischer Leiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als isolierender Trennkörper (2) ein Band vorgesehen ist das längs seiner beiden Kanten Ausschnitte {2a) aufweist, durch die die Einzelleiter (1) beim Verschränken hindurchgeführt sind.

4. Verschränkter elektrischer Leiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (2) eine Breite '.wischen