Statorwicklung: Welche Isolierteile vom Nutgrund bis zum Wickelkopf sitzen

Am Anfang steht die Nutisolation. Sie wird vor dem Wickeln in die Nut des Blechpakets eingesetzt und trennt den Kupferdraht vom Statorblech. Je nach Ausführung hat sie einen Bord, also einen umgeschlagenen Rand an den Enden, und heißt dann gebördelt, oder sie ist ungebördelt.

Danach wird der Runddraht in die isolierte Nut gewickelt. Ziel ist, den Nutquerschnitt möglichst gut mit Kupfer zu füllen. Die Nutisolation soll deshalb so dünn wie möglich sein und trotzdem die Durchschlagsfestigkeit haben, die die Anwendung verlangt, und das Einziehen der Wicklung unbeschädigt überstehen. Wo dieser Kompromiss liegt und was sich bei Hairpin-Statoren ändert, zeigt der Beitrag wie dünn eine Nutisolation sein darf.

An den Stirnseiten steht die Nutisolation meist über das Blechpaket hinaus. Wie weit, hängt von den geforderten Kriechstrecken ab, also dem Weg entlang der Isolieroberfläche von der Wicklung zum Blech. Welche Maße dafür auf die Zeichnung gehören, steht im Beitrag zu Kriech- und Luftstrecken in der Zeichnung.

Je nach Wicklungsaufbau liegen in einer Nut zwei Wicklungsbereiche übereinander oder nebeneinander. Ein Zwischenschieber trennt sie elektrisch und gibt dem Aufbau zusätzliche mechanische Stabilität.

Bei Zweischichtwicklungen sitzt er, häufig als U-Profil, zwischen den beiden Lagen und steht oft an beiden Enden über das Blechpaket hinaus. Bei Zahnwicklungen, bei denen jede Spule um einen einzelnen Statorzahn gewickelt ist, trennt ein Z-Profil die beiden benachbarten Spulen in der Mitte der Nut. Typisch sind dünne, flexible Laminate, zum Beispiel NPN in 0,17 bis 0,22 mm. Wann welches Profil passt, vertieft der Beitrag zu U- und Z-Profilen für Zweischicht- und Zahnwicklungen.

Ist die Wicklung fertig, schließt ein Deckschieber die Nut nach oben. Er verhindert unter anderem, dass sich der Draht wieder aus der Nut herausbewegt.

Je nach Konstruktion kommt ein Abdeckstreifen oder ein Nutverschlusskeil dazu, der den Aufbau mechanisch sichert. Es gibt auch Konstruktionen mit beidem: erst der Deckschieber über der Wicklung, dann der Keil, der die Nut formschlüssig verschließt. Eine feste Maschinengröße, ab der man zum Keil wechselt, gibt es nicht. Verbreitet sind Keile vor allem bei Generatoren und Hochvoltanwendungen. Keilgeometrien, Werkstoffe und die Entscheidung im Einzelfall behandelt der Beitrag wann ein Deckschieber genügt und wann ein Keil nötig ist.

Außerhalb der Nut liegt der Wickelkopf. Dort laufen die Wicklungsbereiche der einzelnen Phasen aneinander vorbei. Phasentrenner trennen sie elektrisch und verhindern so einen Phasenschluss. Es sind flache Stanzteile, deren Kontur an den Wickelkopf angepasst ist, vor allem in den Rundungen.

Häufig bestehen sie aus DMD-Laminat oder aus NPN auf Basis von Nomex® 411. Dieses Aramidpapier ist unkalandriert und hat eine offene, flauschige Oberfläche, die beim anschließenden Imprägnieren gut Harz aufnimmt.

Ein häufiger kritischer Punkt ist die Nutisolation. Sitzt sie nicht genau in der Nut, kann der Draht beim Wickeln zwischen Nutisolation und Statorblech geraten. Dieses sogenannte Hinterwickeln kann später zu einem Körperschluss führen, also einem Schluss zwischen Wicklung und Blechpaket, und muss unbedingt verhindert werden.

Zweitens kann der eingezogene Draht die Nutisolation mitziehen und verschieben. Dagegen hilft der Bord: Der umgeschlagene Rand hält die Isolation in ihrer Position.

Drittens der Nutverschluss. Hat die Nut noch zu viel Spiel, sitzt der Deckschieber nicht fest genug und kann verrutschen. Dann braucht es eine zusätzliche mechanische Sicherung, etwa einen Nutverschlusskeil.

Der Phasentrenner ist dagegen selten das Problem. Anspruchsvoll wird er in automatisierten Linien, weil sich ein flaches, flexibles Stanzteil aus Schüttgut schwer vereinzeln und ausrichten lässt. Dort entscheidet die Anlieferform, mehr dazu unter Anlieferformen für Phasentrenner in automatisierten Linien.

Bei großen Generatoren und Hochspannungsmaschinen kommen statt Runddraht vorgeformte Formspulen oder Röbelstäbe zum Einsatz. Sie werden schon vor dem Einlegen isoliert, etwa mit Mica-Bändern bandagiert, und dann in die Nut gelegt. Kupferquerschnitt, Bandagierung, Nutisolation und Nutgeometrie sind dort als ein Hochspannungs-Isolationssystem aufeinander abgestimmt. Wie das im Detail aussieht, zeigt der Beitrag wie Röbelstäbe und Formspulen isoliert werden, die passenden Teile stehen auf der Seite Generatoren.

Den Aufbau der Statorwicklung legen Sie als Motoren- oder Generatorenhersteller fest, einschließlich Materialstärken, Überständen und Abständen. Wir fertigen jedes Teil davon nach Ihrer Zeichnung, von der Nutisolation bis zum Phasentrenner. Auf Wunsch liefern wir die Teile eines Stators als Kit, zusammengestellt in genau der Stückzahl, die Sie je Stator brauchen. Eine Übersicht aller Teile für Motorenhersteller finden Sie unter Isolierteile für den Elektromotorenbau.