[0001] Die Erfindung betrifft eine elektrische Bandwicklung mit zumindest zwei mit einem
elektrischen Bandleiter gebildeten Windungen, die gegeneinander mit einer dazwischenliegenden
Isolierung elektrisch isoliert sind.
[0002] Eine solche Bandwicklung ist aus der europäischen Patentschrift EP 0 256 329 B1 bekannt.
Bei der dort beschriebenen Bandwicklung ist mit einem elektrischen Bandleiter eine
elektrische Wicklung mit mehreren Windungen gebildet; die einzelnen Windungen sind
gegeneinander mit einer jeweils dazwischen liegenden, als durchgehende Folie aus elektrischem
Isolierstoff bestehenden Isolierung gegeneinander elektrisch isoliert. Die als Folie
ausgebildete Isolierung weist ein größere Breite auf, als der Bandleiter, so dass
sie auf beiden Stirnseiten der Wicklung herausragt. An den Stirnseiten ist die Wicklung
mit einem Gießharz vergossen. Die Folie, aus der die elektrische Isolierung gebildet
ist, weist eine konstante Dicke und eine elektrische Isolationsfestigkeit auf, die
anhand der größten elektrischen Spannung im Betrieb ausgesetzt ist, bemessen ist.
[0003] Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Bandwicklung der eingangs genannten
Art anzugeben, die einen vergleichsweise geringen Aufwand erfordert.
[0004] Die Aufgabe wird bei einer elektrischen Bandwicklung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß
dadurch gelöst, dass die elektrische Isolierung in ihren an den Längskanten des Bandleiters
anliegenden Bereichen eine größere Isolationsfestigkeit aufweist, als in ihrem dazwischenliegenden
mittleren Bereich. Die Erfindung macht sich zunutze, dass die größte an der Isolierung
im Betrieb auftretende elektrische Spannung lediglich im Bereich der Längskanten des
Bandleiters auftritt. Dies ist auch darauf zurückzuführen, dass bei der Herstellung
des Bandleiters, also dem Schneiden des Bandleiters aus einem breiteren Band oder
Blech, an dessen Längskanten Grat entsteht oder Späne stehen bleiben. Im mittleren
Bereich ist die Isolierung jedoch einer geringeren elektrischen Spannung ausgesetzt.
Entsprechend ist auch die Gefahr eines Überschlags zwischen den beiden Windungen an
dem an den Längskanten anliegenden Bereich der Isolierung größer als im mittleren
Bereich. Im mittleren Bereich kann daher die elektrische Isolationsfestigkeit der
Isolierung geringer sein, als in den an den Längskanten des Bandleiters anliegenden
Bereichen der Isolierung. Insoweit ist also die Isolierung der erfindungsgemäßen elektrischen
Bandwicklung im Vergleich zum Stand der Technik nicht über die gesamte Breite des
Bandleiters gleichbleibend mit der hohen Isolationsfestigkeit, wie sie für die wirksame
elektrische Isolierung der Windungen an den Längskanten des Bandleiters erforderlich
ist, ausgebildet, sondern weist im mittleren Bereich eine geringere Isolationsfestigkeit
auf. Dadurch ist die elektrische Isolierung der erfindungsgemäßen Bandwicklung kostengünstiger,
da mit geringer werdender Isolationsfestigkeit auch der Preis für die Isolierung geringer
wird. Insoweit erfordert die erfindungsgemäße elektrische Bandwicklung also einen
geringeren Aufwand als die elektrische Bandwicklung nach dem Stand der Technik.
[0005] Vorzugsweise ist die elektrische Isolierung in den an den Längskanten des Bandleiters
anliegenden Bereichen mit einem ersten Material mit einer ersten Isolationsfestigkeit
und in dem mittleren Bereich mit einem zweiten Material mit einer zweiten, gegenüber
der ersten Isolationsfestigkeit kleineren Isolationsfestigkeit gebildet. Mit den Materialien
unterschiedlicher Isolationsfestigkeit wird den unterschiedlichen Anforderungen an
die elektrische Durchschlagsfestigkeit der Isolation in den unterschiedlichen Bereichen
Rechnung getragen. Die Ausbildung der elektrischen Isolierung mit dem ersten und zweiten
Material kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass zunächst eine Isolierung
aus dem ersten Material vorgesehen ist, die sich über die gesamte Breite des Bandleiters
erstreckt, wobei nachträglich durch eine entsprechende Behandlung des ersten Materials
in den an der Längskante des Bandleiters anliegenden Bereichen - beispielsweise durch
eine Dotierung - das erste Material hinsichtlich seiner Isolationsfestigkeit verändert
und damit zum zweiten Material umgestaltet wird.
[0006] Die Isolierung kann beispielsweise mit Folien aus Isolierstoff oder auch mit einem
giessbaren Isolierstoff gebildet sein. Vorzugsweise ist die elektrische Isolierung
in den an den Längskanten des Bandleiters anliegenden Bereichen aus einem eingegossenen
Gießharz gebildet und der mittlere Bereich ist mit einer Folie gebildet, die beim
Eingießen des Gießharzes als Abstandshalter dient. Bei dieser Ausgestaltung bildet
die Folie im mittleren Bereich einerseits einen Teil der elektrischen Isolierung der
beiden Windungen gegeneinander, andererseits dient sie als Abstandshalter zwischen
den beiden Windungen, so dass beim Herstellen der Isolierung flüssiges Gießharz zwischen
die beiden Windungen eintreten kann. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft
in den Fällen, in den die elektrische Bandwicklung ohnehin mit einem Gießharz vergossen
wird. Die unterschiedliche Isolationsfestigkeit in den genannten Bereichen der Isolierung
kann - wie schon oben erwähnt - vorteilhaft durch eine entsprechende Wahl der für
das Gießharz und für die Folie verwendeten Materialien erreicht werden.
[0007] In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die elektrische Isolierung in den an den
Längskanten des Bandleiters anliegenden Bereichen jeweils eine größere Dicke auf,
als im mittleren Bereich. Die unterschiedliche Wahl der Dicken in den genannten Bereichen
bietet eine weitere oder zusätzliche gute Möglichkeit, die elektrische Isolationsfestigkeit
der Isolierung in den an den Längskanten anliegenden Bereichen im Vergleich zum mittleren
Bereich unterschiedlich zu bemessen. Darüber hinaus ergibt sich der Vorteil, dass
die Wärmeabfuhr aus dem mittleren Bereich verbessert ist, weil dort weniger Isolationsmaterial
eingebracht ist.
[0008] Die Dicke der elektrischen Isolierung kann sich über die Breite des Bandleiters betrachtet
kontinuierlich oder auch sprunghaft ändern. Bevorzugt weist die Isolierung in den
an den Längskanten des Bandleiters anliegenden Bereichen mehr Lagen auf, als im mittleren
Bereich. Durch die entsprechende Wahl der Anzahl an Lagen lässt sich sehr einfach
eine unterschiedliche Dicke in den unterschiedlichen Bereichen der Isolierung erreichen,
wodurch auch die unterschiedliche elektrische Isolationsfestigkeit entsprechend eingestellt
werden kann. Die Isolierung kann dabei mit einer Folie mit konstanter Isolationsfestigkeit
gebildet sein, die mit unterschiedlich vielen Lagen in den an den Längskanten anliegenden
Bereichen im Vergleich zum mittleren Bereich gelegt sind.
[0009] In einer bevorzugten Ausgestaltung erstreckt sich die Isolierung über die Längskanten
hinaus nach außen. Damit ist die Wahrscheinlichkeit eines elektrischen Überschlags
von einer Windung zur anderen weiter verringert, weil ein solcher Überschlag um die
nach außen herausstehende elektrische Isolierung herum erfolgen müsste. Es ist also
die Kriechstrecke zwischen den benachbarten Windungen verlängert.
[0010] Die elektrische Bandwicklung kann an ihren Stirnseiten, also dort, wo die Längskanten
der Windungen liegen, mit einem Gießharz oder einem anderen Vergussmaterial vergossen
sein. Vorzugsweise ist jedoch eine Fülllage aus Isolationsmaterial vorgesehen, die
die gleiche Dicke wie der Bandleiter aufweist und an einer seiner Längskanten in seitlicher
Fortsetzung des Bandleiters anschließt. Dadurch ist anstelle eines Verschließens der
Stirnseiten mit einem Vergussmaterial ein entsprechender Schutz der Bandleiter bzw.
der Wicklung an der Stirnseite erreicht, in dem die Isolierung und die Fülllage dicht
an dicht liegt und damit die Windungen nach außen schützt. Es ist also kein Vergießen
der Stirnseite erforderlich.
[0011] Die Fülllage kann beispielsweise nach dem Wickeln des elektrischen Bandleiters zu
der elektrischen Bandwicklung eingebracht werden. Vorzugsweise ist jedoch die Fülllage
an der Isolation befestigt; dadurch kann die Fülllage gemeinsam mit dem Einwickeln
der Isolation zwischen den Windungen angebracht werden.
[0012] Die Isolierung kann, wie schon oben angesprochen, durch die zwischen den Windungen
liegenden Folien ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Isolierung mit einer Schicht
auf der Oberfläche des Bandleiters gebildet. Die Oberflächenschicht bildet also einen
Bestandteil der elektrischen Isolierung. Dadurch, dass der Bandleiter selbst mit seiner
Oberflächenschicht schon einen Teil der Isolierung trägt, ist die Fertigung der elektrischen
Bandwicklung vereinfacht, weil der durch die Schicht auf der Oberfläche des Bandleiters
gebildete Teil der Isolierung nicht mehr zusätzlich in einem gesonderten Verfahrensschritt
eingebracht werden muss.
[0013] Die Schicht auf der Oberfläche des Bandleiters kann durch eine entsprechende Oberflächenbehandlung
des Bandleiters gebildet werden. Vorzugsweise besteht der Bandleiter aus Aluminium
und die Schicht auf der Oberfläche des Bandleiters ist eine Aluminiumoxidschicht.
Eine solche Aluminiumoxidischicht ist besonders einfach auf einem aus Aluminium bestehenden
Leiter, beispielsweise durch Eloxieren, anzubringen.
[0014] Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert.
Gleiche Teile sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
[0015] Die Figuren 1 bis 4 zeigen dabei jeweils ein Ausführungsbeispiel für eine elektrische
Bandwicklung in einer Schnittdarstellung. Jede der Bandwicklungen umschließt dabei
eine Achse A und ist der Einfachheit halber jeweils nur linksseitig der Achse A dargestellt.
[0016] In Figur 1 ist eine elektrische Bandwicklung 1 dargestellt, bei der mit einem elektrischen
Bandleiter 2 zwei elektrische Windungen 3 und 4 gebildet sind. Zwischen den Windungen
3 und 4 ist eine elektrische Isolierung 5 vorgesehen. Die elektrische Isolierung ist
dabei in den an den Längskanten 6 bis 9 des Bandleiters 2 anliegenden Bereichen 10
und 11 aus einem ersten Material M1, einem eingegossenen Gießharz gebildet. Zwischen
den Bereichen 10 und 11 liegenden mittleren Bereich 12 der Isolierung 5 ist eine Folie
13 aus einem zweiten Material M2, einem anderen Isolationswerkstoff vorgesehen. Das
Gießharz weist eine erste elektrische Isolationsfestigkeit auf, die im Vergleich zur
zweiten elektrischen Isolationsfestigkeit des Isolationswerkstoffs M2 der Folie 13
geringer ist. Im Vergleich zum in der Beschreibungseinleitung genannten Stand der
Technik muss der Isolationswerkstoff der Folie 13 nur eine geringe Isolationsfestigkeit
aufweisen. Entscheidend ist, dass die Längskanten 6 und 7 bzw. 8 und 9 gegeneinander
mit einem Material mit hoher Isolationsfestigkeit - hier dem Gießharz - gegeneinander
elektrisch isoliert sind. Die Folie 13 wird bei der Fertigung der elektrischen Bandwicklung
1 zwischen die Windungen 3 und 4 gewickelt; anschließend wird die elektrische Bandwicklung
stirnseitig mit Gießharz vergossen. Das Gießharz tritt dabei in die Bereiche 10 und
11 ein. Die Folie 13 dient also als Abstandshalter zwischen den Windungen 3 und 4.
[0017] In Figur 2 ist eine gegenüber der elektrischen Bandwicklung 1 nach Figur 1 modifizierte
elektrische Bandwicklung 14 dargestellt. Die elektrische Bandwicklung 14 unterscheidet
sich von der Bandwicklung nach Figur 1 dadurch, dass hier ein Bandleiter 15 vorgesehen
ist, der elektrisch isolierende Oberflächenschichten 16 und 17 trägt. Der Bandleiter
15 kann beispielsweise aus Aluminium bestehen und die Oberflächenschichten 16 und
17 können dann durch eine Aluminiumoxidschicht gebildet sein. Die Oberflächenschichten
16 und 17 bilden beide einen Teil der Isolierung 5. Dadurch, dass die Oberflächenschichten
16 und 17 vorhanden sind, kann der Abstand D1 zwischen den beiden Windungen 3 und
4 sehr viel kleiner gewählt als der entsprechende Abstand D2 bei der elektrischen
Bandwicklung 1 nach Figur 1. Dadurch ist Material für die Isolierung 5 eingespart
und die elektrische Bandwicklung 14 kann kompakter aufgebaut sein als die elektrische
Bandwicklung 1 nach Figur 1. Der Bandleiter 15 kann auch an seinen Stirnseiten mit
jeweils einer isolierenden Oberflächenschicht elektrisch isoliert sein; die Oberflächenschichten
können auch zu einer durchgehenden Oberflächenschicht verbunden sein. Dadurch ist
der Bandleiter 15 auch stirnseitig isoliert.
[0018] In Figur 3 ist eine elektrische Bandwicklung 18 dargestellt, bei der mit einem elektrischen
Bandleiter 19 drei Windungen 20 bis 21 gebildet sind. Der elektrische Bandleiter 19
weist auch hier Oberflächenschichten 16 bzw. 17. Diese Oberflächenschichten 16 und
17 bilden jeweils einen Teil einer elektrischen Isolierung 23, die zusätzlich an den
Längskanten 24 bis 27 liegenden Bereichen 32 und 33 jeweils eine Lage 34 bzw. 35 einer
Folie aus einem elektrischen Isolierstoff aufweist. Im mittleren Bereich 36 der Isolierung
23 ist außer den Oberflächenschichten 16 und 17 kein zusätzliches Isolationsmaterial
vorgesehen. Der mittlere Bereich 36 ist also freibleibend dargestellt; in der Praxis
sind die Lagen 34 und 35 sehr dünn, so dass im mittleren Bereich 36 die Windungen
20 und 21 nahezu aneinander liegen. Zur Isolierung der Windungen 21 und 22 sind ebenfalls
noch zusätzlich die Lagen 35 und 38 aus dem elektrischen Isolierstoff vorgesehen,
die Lagen 33 und 37 können hier aus einer fortlaufend gewickelten Folie gebildet sein;
gleiches gilt für die Lagen 34 und 38. Insoweit ist also die Isolierung 23 in den
an den Längskanten 24 und 25 bzw. 26 und 27 anliegenden Bereichen einlagig - nämlich
mit der Lage 34 - und im mittleren Bereich 36 ohne eine einzige Lage, also mit weniger
Lagen ausgeführt.
Um die elektrische Bandwicklung 18 stirnseitig zu verschließen, sind die Fülllagen
39 bis 44 vorgesehen. Diese sind jeweils aus einem elektrischen Isolierstoff gebildet
und weisen die gleiche Dicke D3 auf wie der elektrische Bandleiter 19. Die Fülllagen
39 bis 44 sind jeweils mit den Lagen 34, 35 bzw. 37, 38 der Isolierung 23 verbunden
und liegen an diesen an. Mit den Lagen 34, 37 und den Fülllagen 44, 39, 45 ist stirnseitig
eine nach außen abgeschlossene Oberfläche 45 gebildet; gleiches gilt für die Lagen
34 und 38 sowie die Fülllagen 41, 42 und 43, mit denen die nach außen abgeschlossene
Oberfläche 46 gebildet ist.
[0019] In Figur 4 ist eine weitere elektrische Bandwicklung 47 dargestellt, bei der mit
einem Bandleiter 48 zwei Windungen 49 und 50 gebildet sind. Die beiden Windungen 49
und 50 sind durch eine elektrische Isolierung 51 elektrisch gegeneinander isoliert.
Die elektrische Isolierung 51 weist eine sich über die gesamte Breite des Bandleiters
47 und über die Längskanten 53 bis 56 des Bandleiters 48 hinaus erstreckende Lage
52 aus einem elektrischen Isolierstoff auf. In den an den Längskanten 53 und 54 bzw.
55 und 56 anliegenden Bereichen 57, bzw. 58 ist jeweils eine zusätzliche Lage 59 bzw.
60 aus einem elektrischen Isolierstoff vorgesehen. In ihrem mittleren Bereich 61 wird
die Isolierung 51 nur durch die Lage 52 gebildet. Somit weist die elektrische Isolierung
51 in den Bereichen 57 und 58 an den Längskanten 53 und 54 bzw. 55 und 56 eine höhere
Isolationsfestigkeit auf als im mittleren Bereich 61. Da im mittleren Bereich 61 -
wie schon oben erwähnt - die Isolierung 51 nur mit der Lage 52 gewickelt ist, liegen
dort die Windungen 49 und 50 dort - wie gezeigt - aneinander an; insoweit ist also
der Bandleiter 48 in den Windungen 49 und 50 gewölbt. Die Wölbung des Bandleiters
48 kann gezielt beim Wickeln unterstützt werden. Die Isolierung 51 weist also in den
an den Längskanten 53, 54, 55, 56 liegenden Bereichen 57 und 58 eine Dicke D4 bzw.
D5 auf, die größer ist als die Dicke D6 im mittleren Bereich 61 der Isolierung 51.
1. Elektrische Bandwicklung (1, 14, 18, 47) mit zumindest zwei mit einem elektrischen
Bandleiter (2, 15, 19, 48) gebildeten Windungen (2, 3; 20, 21), die gegeneinander
mit einer dazwischenliegenden Isolierung (5, 23, 51) elektrisch isoliert sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
die elektrische Isolierung (5, 23, 51) in ihren an den Längskanten (6, 7, 8, 9; 24,
25, 26, 27; 53, 54, 55, 56) des Bandleiters (2, 15, 19, 48) anliegenden Bereichen
(10, 11; 32, 33; 57, 58) eine größere Isolationsfestigkeit aufweist, als in ihrem
dazwischenliegenden mittleren Bereich (12, 36, 61).
2. Elektrische Bandwicklung (1, 14, 18, 47) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die elektrische Isolierung (5, 23, 51) in den an den Längskanten (6-9; 24-27; 53-56)
des Bandleiters (2, 15, 19, 48) anliegenden Bereichen (10, 11; 32, 33; 57, 58) mit
einem ersten Material (M1) mit einer ersten Isolationsfestigkeit und in dem mittleren
Bereich (12, 36, 61) mit einem zweiten Material (M2) mit einer zweiten, gegenüber
der ersten Isolationsfestigkeit kleineren Isolationsfestigkeit gebildet ist.
3. Elektrische Bandwicklung (1, 14) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolierung (5) in den an den Längskanten (6, 7, 8, 9) des Bandleiters
(2, 15) anliegenden Bereichen (10, 11) aus einem eingegossenen Gießharz gebildet ist
und der mittlere Bereich (12) mit einer Folie (13) gebildet ist, die beim Eingießen
des Giessharzes als Abstandshalter dient.
4. Elektrische Bandwicklung (47) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die elektrische Isolierung (51) in den an den Längskanten (51-56) des Bandleiters
(48) anliegenden Bereichen (57, 58) jeweils eine größere Dicke (D4, D5) aufweist,
als in dem mittleren Bereich (61).
5. Elektrische Bandwicklung (14) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Isolierung (51) in den an den Längskanten (53-56) des Bandleiters (48) anliegenden
Bereichen (57, 58) mehr Lagen aufweist, als im mittleren Bereich (61).
6. Elektrische Bandwicklung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich die Isolierung (5, 23, 51) über die Längskanten (6-9; 24-27; 53-56) hinaus nach
aussen erstreckt.
7. Elektrische Bandwicklung (18) nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Fülllage (39-44) aus Isolationsmaterial vorgesehen ist, die die gleiche
Dicke (D3) wie der Bandleiter (19) aufweist und an einer seiner Längskanten (24-31)
in seitlicher Fortsetzung des Bandleiters (19) anschließt.
8. Elektrische Bandwicklung (18) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Fülllage (39-44) an der Isolierung (23) befestigt ist.
9. Elektrische Wicklungsanordnung (14, 18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Isolierung (5, 23) mit einer Schicht auf der Oberfläche (16, 17) des Bandleiters
(15, 19) gebildet ist.
10. Elektrische Wicklungsanordnung (14, 18) nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Bandleiter (15, 19) aus Aluminium besteht und die Schicht (16, 17) auf der Oberfläche
des Bandleiters (15,19) eine Aluminiumoxidschicht ist.