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 COMPAMED 2016 vernetzte medizinische Systeme und Menschen
23.11.2016 | IVAM Fachverband für Mikrotechnik

nachricht Kompakter und individuell einstellbarer Schutz für alle Anwendungen
18.11.2016 | PHOENIX CONTACT GmbH & Co.KG

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Messenachrichten >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Im Focus: Significantly more productivity in USP lasers

In recent years, lasers with ultrashort pulses (USP) down to the femtosecond range have become established on an industrial scale. They could advance some applications with the much-lauded “cold ablation” – if that meant they would then achieve more throughput. A new generation of process engineering that will address this issue in particular will be discussed at the “4th UKP Workshop – Ultrafast Laser Technology” in April 2017.

Even back in the 1990s, scientists were comparing materials processing with nanosecond, picosecond and femtosesecond pulses. The result was surprising:...

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Im Focus: Shape matters when light meets atom

Mapping the interaction of a single atom with a single photon may inform design of quantum devices

Have you ever wondered how you see the world? Vision is about photons of light, which are packets of energy, interacting with the atoms or molecules in what...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher entwickeln Unterwasser-Observatorium

07.12.2016 | Biowissenschaften Chemie

HIV: Spur führt ins Recycling-System der Zelle

07.12.2016 | Biowissenschaften Chemie

Mehrkernprozessoren für Mobilität und Industrie 4.0

07.12.2016 | Informationstechnologie