Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Elektrobandverarbeitung mittels chemischen Schneidens unter Verwendung dünner Folien zur Effizienzsteigerung elektrischer Maschinen

Aktuelle Entwicklungen im Bereich elektrischer Maschinen zielen neben einer zusätzlichen Steigerung der Effizienz auf eine Erhöhung der Leistungsdichte ab. Dies ist sowohl aus ökologischer als auch aus ökonomischer Sicht sinnvoll. Der hier verfolgte Ansatz ist die Verwendung sehr dünner Elektrobleche zur Verringerung der Wirbelstromverluste im Blechpaket.

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Untersuchung einer Prozesskette aus Lamellenherstellung mittels chemischen Schneiden unter besonderer Berücksichtigung der Fügetechnologie zur Herstellung von kleinen Motoren (< 250 mm Durchmesser) mit einer hohen Leistungsdichte.

Ein Schwerpunkt der Forschung ist die Bewertung des Einflusses des Schneidvorgangs auf die elektromagnetischen Eigenschaften einzelner Bleche. Dabei sollen Spannungszustände im schnittflächennahen Bereich, die durch konventionelle Trennverfahren entstehen, verhindert und die Nutzung dünnerer Lamellen ermöglicht werden.

Ein weiterer Schwerpunkt des Projektes ist das Beschichten und das Stapeln von Lamellen. Beschichtungssysteme für Bleche ≤ 0,1 mm mit integrierter Funktionalität für die Prozesskette werden untersucht. Im Fokus der Untersuchungen steht dabei die minimal aufbringbare Schichtdicke unter Erhaltung der isolierenden Eigenschaften.

Durch die abschließende simulative Berechnung zur Quantifizierung der erzielbaren Leistungssteigerung für elektrische Maschinen wird das Ziel des Projekts zur Bewertung der erreichbaren Effizienzsteigerung der Prozesskette aus Folienstrukturierung und einer angepassten Füge- bzw. Paketierungstechnologie ganzheitlich möglich.

Am Ende des Forschungsvorhabens ergeben sich Wettbewerbsvorteile für Maschinenhersteller und –anwender, so dass davon auszugehen ist, dass insbesondere KMUs ohne eigene Entwicklungskapazität flexible Ansätze zur Verfügung stehen.

Ergebniszusammenfassung:

Entwicklungen im Bereich elektrischer Maschinen zielen neben einer Steigerung der Effizienz, auch auf eine Erhöhung der Leistungsdichte ab. Dazu wurde der Ansatz untersucht, sehr dünne chemisch geschnittene Elektrobleche zur Verringerung der Wirbelstromverluste einzusetzen. Durch die damit erzielten geringeren Eisenverluste steigt die Effizienz der Maschine und größere Leistungsdichten können realisiert werden.

Zur Studie der Auswirkung des chemischen Schneidens auf die magnetischen Eigenschaften von Elektroblechen wurden sowohl Einzelblechproben als auch Ringkerne vermessen. Es konnte gezeigt werden, dass das chemische Schneiden weniger zu Magnetisierungsverschlechterung tendiert als mechanische Trennverfahren. Die Schneideinflüsse wurden anhand von elektromagnetischen Maschinensimulationen gekoppelt mit Fahrzyklen qualitativ bewertet. Hier zeigt sich, dass chemisches Schneiden durch eine Gesamtverlustverringerung zur Effizienzsteigerung der elektrischen Maschine beiträgt.

Des weiteren wurde auch die Verbundausbildung betrachtet, insbesondere mit Blick auf Handling und Positionierung derart dünner Bleche/Folien. Außerdem wurde die Weiterverarbeitung, d.h. das Beschichten, sowie das Stapeln von Lamellen ≤ 0,1 mm betrachtet. Bei dünneren Materialstärken soll die Isolationsschichtdicke verringert werden, um den Anteil des magnetischen Kernmaterials entsprechend hoch zu halten. Im Fokus der Untersuchungen stand dabei die minimal mögliche Schichtdicke unter Erhaltung der isolierenden Eigenschaften und der notwendigen Haftung und Temperaturstabilität. Mehrere geeignete Beschichtungen wurden ermittelt und die Beschichtung mit den besten Eigenschaften für den Aufbau von Ringpaketen genutzt. Als Beschichtung mit den besten Eigenschaften, bezogen auf Isolationswirkung und Haftung, wurde ein kombiniertes System aus EC5-Isolierlack und und einem Epoxydklebstoff ermittelt.

Alle Ergebnisse weisen darauf hin, dass eine Prozessierung von dünnen Blechen wirtschaftlich machbar ist.