Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Aluminium statt Kupfer: Gegossene Aluminiumspulen senken Rohstoffkosten und Gewicht in industriellen elektrischen Maschinen

28.10.2013
In Zusammenarbeit mit der Lloyd Dynamowerke GmbH & Co. KG in Bremen hat das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM erstmals eine Aluminiumwicklung im Lost Foam-Gießverfahren für Großmotoren entwickelt.

Die Aluminiumspule wurde für einen Bahnantrieb hergestellt, anschließend verbaut und jetzt erfolgreich getestet. Ergebnis: Ein technisch besserer Ersatz für die ursprünglich eingesetzten Kupferspulen ist gelungen.


Der Füllfaktor und die Kühlleistung konnten durch die Gestaltungsfreiheit in der Gießtechnik deutlich gesteigert werden. Der Einsatz von Aluminiumspulen ermöglicht darüber hinaus eine Senkung der Rohstoffkosten und des Gewichts sowie eine Verringerung der Verluste.

Die Anforderungen an die Wicklungen elektrischer Maschinen sind vielfältig. Neben einem hohen Füllfaktor zur Minimierung des Leiterwiderstands müssen auch eine ausreichende Kühlung und die Reduzierung frequenzabhängiger Zusatzverluste gewährleistet sein. Gleichzeitig sollte der Herstellungsprozess so flexibel und kostengünstig wie möglich sein. Am Fraunhofer IFAM wurde daher ein Verfahren zur gießtechnischen Herstellung von Spulen entwickelt, mit dem bedeutende Vorteile gegenüber allen bekannten Wickeltechniken erzielt werden. Bei konventionell gewickelten Spulen wird im Durchschnitt ein Nutfüllfaktor von etwa 50 Prozent erreicht. Die weitgehend frei gestaltbare Leitergeometrie in der Gießtechnik ermöglicht die Realisierung von Füllfaktoren über 90 Prozent.

Fertigungstechnische Umsetzung – Gießen statt Wickeln

Als Gießverfahren wird das Feingussverfahren oder das Lost Foam-Verfahren eingesetzt. Um die Einbringung des Formmaterials bzw. des Formstoffes zu ermöglichen, wird die dargestellte Leitergeometrie gestreckt und mit einem Angusssystem versehen. Die Streckung der Spule ermöglicht auch das anschließende Aufbringen einer Isolationsbeschichtung, wobei abhängig von den Anforderungen in Bezug auf Spannungsfestigkeit, Schichtdicke und Temperaturbeständigkeit verschiedene Verfahren eingesetzt werden können. Leiterquerschnitte von ca. 4 mm² bis hin zu mehreren 100 mm² lassen sich damit realisieren. Die in der konventionellen Wickeltechnik zwangsläufig einzuhaltenden Biegeradien entfallen dabei vollständig.

Aluminium versus Kupfer

Durch die Verwendung des Aluminiums konnten die Rohstoffkosten gegenüber Kupferspulen von etwa 52.- Euro um über 85 Prozent auf 6.- Euro pro Spule gesenkt werden. Trotz der geringeren spezifischen elektrischen Leitfähigkeiten ist der elektrische Widerstand der Aluminiumspule infolge des erhöhten Nutfüllfaktors nicht höher als bei der Kupferspule. Die gefertigten Wendepolspulen der 330 kW Gleichstrommaschine sind unter Berücksichtigung der Möglichkeiten des Verfahrens geometrisch so gestaltet worden, dass neben der Maximierung der Leiterfläche auch die Entwärmung gegenüber den zuvor eingesetzten gewickelten Kupferspulen verbessert wird.

In einem Prüfstandsversuch wurden die Temperaturen der Aluminium-Wendepolspulen im Dauerbetrieb mit den Temperaturen der Ausgangs-Kupferspulen verglichen. Durch die verbesserte Kühlung verringert sich der Temperaturhub der Wendepole im Dauerlauf von 75 auf etwa 45 Kelvin. Das geringere Temperaturniveau führt hierbei auch zu einer leichten Reduzierung der Gesamtverluste in der Maschine.

Die gießtechnische Herstellung ermöglicht es, die Kupferspule durch eine elektrisch äquivalente Aluminiumwicklung zu ersetzen und dabei Rohstoffkosten, Gewicht und Verluste einzusparen. »Die durch die Gießtechnik erzielte Verbesserung der Kühlleistung hat unsere Erwartungen übertroffen«, so der Entwicklungsingenieur Michael Jakob von den Lloyd Dynamowerken. »Wir sehen in dieser Technologie mit ihren gestalterischen Freiheiten auch das Potenzial, in zukünftigen Anwendungen Wirkungsgrad und Leistungsdichte elektrischer Maschinen zu steigern« ergänzt Jakob.

Martina Ohle | Fraunhofer-Institut
Weitere Informationen:
http://www.ifam.fraunhofer.de/de/Presse/Gegossene_Aluminiumspulen.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Graduiertenschule HyPerCells entwickelt hocheffiziente Perowskit- Dünnschichtsolarzelle
17.08.2017 | Universität Potsdam

nachricht Lasersensoren LAH-G1 – Optische Abstandssensoren mit Messwertanzeige
15.08.2017 | WayCon Positionsmesstechnik GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

European Conference on Eye Movements: Internationale Tagung an der Bergischen Universität Wuppertal

18.08.2017 | Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Eine Karte der Zellkraftwerke

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Computer mit Köpfchen

18.08.2017 | Informationstechnologie