Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Steigerung des Wirkungsgrads von elektrischen Maschinen durch gegossene Spulen

17.06.2014

An Wicklungen elektrischer Maschinen werden vielfältige Anforderungen gestellt. Sie sollen einen höheren Wirkungsgrad bei gleichem oder geringerem Materialeinsatz zeigen. Eine hohe Produktqualität wird gefordert und individuelle Lösungen in der Produktion sind gefragt.

Das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM hat ein gießtechnisches Verfahren entwickelt, mit dem leistungsstarke Wicklungen mit höherem Wirkungsgrad und verbesserter Entwärmung gefertigt werden können. Eingesetzt werden die Spulen in Traktionsmaschinen insbesondere in den Bereichen Elektromobilität, Industrieantrieben oder der Energieerzeugung.


Gegossene Spule hergestellt im Feinguss-Verfahren (Leiterwerkstoff Aluminium, 15 Windungen, Leiterhöhe ca. 1,5 mm). (c) Fraunhofer IFAM

Das gießtechnisch hergestellte neue Spulendesign ermöglicht durch einen hohen Nutfüllfaktor von bis zu 90 Prozent eine verbesserte Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Bauraums. Gegenüber einer gewickelten Spule im gleichen Bauraum sinken der elektrische Widerstand und damit die Stromwärmeverluste um bis zu 50 Prozent.

Neben dem hohen Füllfaktor bietet die flache Leiteranordnung aus elektromagnetischer und thermischer Sicht weitere Vorteile. Gegenüber einem gewickelten Draht mit gleicher Querschnittsfläche wird sowohl das thermische Verhalten signifikant verbessert, als auch der negative Einfluss der Stromverdrängung minimiert.

Abhängig von der Spulengröße können in wassergekühlten Anwendungen so Dauerstromdichten zwischen 18 und 24 A/mm² realisiert werden. Unter Einbezug des gesteigerten Füllfaktors kann die für die Leistungsfähigkeit elektrischer Maschinen maßgebliche Stromdichte in der Nut gegenüber konventionell hergestellten Spulen verdreifacht werden.
Vielfältige Anwendungspotenziale

Die Kombination aus hohem Füllfaktor, exzellentem thermischen Verhalten und geringen Stromverdrängungsverlusten kann in der Maschinenauslegung auf vielfältige Weise genutzt werden. Bei gleichem Bauraum kann durch den Einsatz gegossener Spulen eine erhebliche Steigerung von Drehmoment und Leistungsdichte erzielt werden.

Alternativ kann unter Beibehaltung des Drehmoments eine Einsparung von Bauraum und Gewicht realisiert werden. Die Erhöhung des Nutfüllfaktors ermöglicht auch die Verwendung von Aluminium als Leiterwerkstoff. Der elektrische Leitfähigkeitsnachteil von Aluminium wird durch den höheren Füllfaktor ausgeglichen, wobei das Wicklungsgewicht um 50 Prozent und die Rohstoffkosten um 85 Prozent sinken.

Weitere Anwendungspotenziale können erschlossen werden, wenn die geometrischen Gestaltungsfreiheiten für die Entwicklung innovativer Kühlkonzepte genutzt werden. So kann durch eine gezielte Erhöhung des Leiterquerschnitts in thermisch hoch belasteten Bereichen (z .B. am Wickelkopf) die Bildung thermischer Hotspots vermieden werden.

Flexible Fertigung und maßgeschneiderte Isolationsbeschichtungen

Durch unterschiedliche Gießverfahren können die Spulen in verschiedenen Größen und beliebigen Stückzahlen gefertigt werden. Im Feinguss lassen sich Leiterhöhen im Bereich weniger Zehntel Millimeter bei Spulenlängen zwischen 10 und 200 mm realisieren, während im Lost Foam-Verfahren gefertigte Spulen für Großmaschinen Kantenlängen bis zu einem Meter aufweisen können.

Für sehr große Stückzahlen führt die Fertigung der Spulen in Dauerformen im Druckguss oder ND-Guss zu geringsten Stückkosten. Die Auswahl des richtigen Gießverfahrens erfolgt anwendungsspezifisch unter Berücksichtigung der angestrebten Stückzahlszenarien und Qualitätsanforderungen. Anschließend erfolgt eine maßgeschneiderte Isolationsbeschichtung.

Die Optimierungsziele bestehen hierbei neben der Gewährleistung der Isolationsfestigkeit in der Minimierung der Schichtdicke, der Erhöhung der Temperaturfestigkeit sowie in der Vermeidung von Alterungserscheinungen durch Teilentladungen.

Für die schnelle Realisierung von Prototypen steht am Fraunhofer IFAM eine vollständige Prozesskette zur Verfügung, die innerhalb weniger Tage die Herstellung einer beschichteten Spulengeometrie in Hardware ermöglicht.

CWIEME Berlin

Das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM, Bremen, präsentiert vom 24. bis 26. Juni 2014 auf der CWIEME in Berlin (Halle 4.1, Stand F30) Entwicklungen zu gegossenen Spulen, Magneten und Beschichtungen.

Weitere Informationen:

http://www.ifam.fraunhofer.de

Martina Ohle | Fraunhofer-Institut
Weitere Informationen:
http://www.fraunhofer.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Messenachrichten:

nachricht Kameratechnologie in Fahrzeugen: Bilddaten latenzarm komprimiert
21.02.2018 | Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut, HHI

nachricht Designvielfalt für OLED-Beleuchtung leicht gemacht
21.02.2018 | Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Messenachrichten >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Verlässliche Quantencomputer entwickeln

Internationalem Forschungsteam gelingt wichtiger Schritt auf dem Weg zur Lösung von Zertifizierungsproblemen

Quantencomputer sollen künftig algorithmische Probleme lösen, die selbst die größten klassischen Superrechner überfordern. Doch wie lässt sich prüfen, dass der...

Im Focus: Developing reliable quantum computers

International research team makes important step on the path to solving certification problems

Quantum computers may one day solve algorithmic problems which even the biggest supercomputers today can’t manage. But how do you test a quantum computer to...

Im Focus: Innovation im Leichtbaubereich: Belastbares Sandwich aus Aramid und Carbon

Die Entwicklung von Leichtbaustrukturen ist eines der zentralen Zukunftsthemen unserer Gesellschaft. Besonders in der Luftfahrtindustrie und in anderen Transportbereichen sind Leichtbaustrukturen gefragt. Sie ermöglichen Energieeinsparungen und reduzieren den Ressourcenverbrauch bei Treibstoffen und Material. Zum Einsatz kommen dabei Verbundmaterialien in der so genannten Sandwich-Bauweise. Diese bestehen aus zwei dünnen, steifen und hochfesten Deckschichten mit einer dazwischen liegenden dicken, vergleichsweise leichten und weichen Mittelschicht, dem Sandwich-Kern.

Aramidpapier ist ein etabliertes Material für solche Sandwichkerne. Sein mechanisches Strukturversagen ist jedoch noch unzureichend erforscht: Bislang fehlten...

Im Focus: Die Brücke, die sich dehnen kann

Brücken verformen sich, daher baut man normalerweise Dehnfugen ein. An der TU Wien wurde eine Technik entwickelt, die ohne Fugen auskommt und dadurch viel Geld und Aufwand spart.

Wer im Auto mit flottem Tempo über eine Brücke fährt, spürt es sofort: Meist rumpelt man am Anfang und am Ende der Brücke über eine Dehnfuge, die dort...

Im Focus: Eine Frage der Dynamik

Die meisten Ionenkanäle lassen nur eine ganz bestimmte Sorte von Ionen passieren, zum Beispiel Natrium- oder Kaliumionen. Daneben gibt es jedoch eine Reihe von Kanälen, die für beide Ionensorten durchlässig sind. Wie den Eiweißmolekülen das gelingt, hat jetzt ein Team um die Wissenschaftlerin Han Sun (FMP) und die Arbeitsgruppe von Adam Lange (FMP) herausgefunden. Solche nicht-selektiven Kanäle besäßen anders als die selektiven eine dynamische Struktur ihres Selektivitätsfilters, berichten die FMP-Forscher im Fachblatt Nature Communications. Dieser Filter könne zwei unterschiedliche Formen ausbilden, die jeweils nur eine der beiden Ionensorten passieren lassen.

Ionenkanäle sind für den Organismus von herausragender Bedeutung. Wenn zum Beispiel Sinnesreize wahrgenommen, ans Gehirn weitergeleitet und dort verarbeitet...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

Tag der Seltenen Erkrankungen – Deutsche Leberstiftung informiert über seltene Lebererkrankungen

21.02.2018 | Veranstaltungen

Digitalisierung auf dem Prüfstand: Hochkarätige Konferenz zu Empowerment in der agilen Arbeitswelt

20.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Von Hefe für Demenzerkrankungen lernen

22.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Sektorenkopplung: Die Energiesysteme wachsen zusammen

22.02.2018 | Seminare Workshops

Die Entschlüsselung der Struktur des Huntingtin Proteins

22.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics