Aluguss statt Kupferdraht

Gegossene Aluminium-Spulen steigern Motorenwirkungsgrade

18. Juni 2014, 13:02 Uhr   |  Hagen Lang

Gegossene Aluminium-Spulen steigern Motorenwirkungsgrade
© Fraunhofer IFAM

Der elektrische Widerstand von im Feinguss-Verfahren hergestellten Spulen ist gegenüber Kupferdrahtspulen geringer und sorgt für um bis zu 50 Prozent geringere Stromwärmeverluste (Leiterwerkstoff Aluminium, 15 Windungen, Leiterhöhe ca. 1,5 mm).

Durch den Einsatz von Aluminiumspulen an Stelle von Kupferspulen lassen sich die Wirkungsgrade von Motoren verbessern und Rohstoffkosten einsparen. Das Fraunhofer Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM hat hierfür ein spezielles gießtechnisches Verfahren entwickelt.

Mit dem verbesserten gießtechnischen Verfahren des Fraunhofer-Institutes für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM lassen sich leistungsstarke Wicklungen mit verbesserter Entwärmung und höherem Wirkungsgrad fertigen, die speziell im Bereich Traktionsmaschinen, Elektromobilität, Industrie und Energieerzeugung Einsatz finden. Der Einsatz des Werkstoffes Aluminium als Spulenmaterial resultiert durch die Gestaltungsfreiheit in der Gießtechnik in einem besseren Füllfaktor und optimierter Kühlleistung gegenüber gewickelten Spulen.

Ein höherer Nutfüllfaktor führt zu einer bis zu 90 Prozent verbesserten Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Bauraumes. Die gegossenen Spulen haben gegenüber gewickelten Spulen im gleichen Bauraum geringere elektrische Widerstände und um bis zu 50 Prozent verringerte Stromwärmeverluste. Vorteilhaft ist die flache Leiteranordnung gegenüber gewickeltem Draht in elektromagnetischer und thermischer Sicht. In Abhängigkeit von der Spulengröße können in wassergekühlten Anwendungen Dauerstromdichten zwischen 18 und 24 A/mm2 erreicht werden, gegenüber Drahtspulen ergibt sich unter Einbeziehung des gesteigerten Füllfaktors eine Verdreifachung der für die Leistungsfähigkeit von Maschinen entscheidenden Stromdichte.

Die Parameter verbesserter Füllfaktor, verbessertes thermisches Verhalten und geringere Stromverdrängungsverluste können bei gleichem Drehmoment entweder für eine Miniaturisierung der Komponenten oder bei gleichem Bauraum zur Steigerung von Drehmoment und Leistungsdichte genutzt werden.

Die im Feinguss hergestellten Spulen erlauben Leiterhöhen von wenigen zehntel Millimetern bei Spulenlängen zwischen 10 und 200 Millimetern und bei der Herstellung im Lost Foam-Verfahren Kantenlängen von bis zu einem Meter. Dauerformen ermöglichen eine günstige Spulenfertigung auch in großen Stückzahlen. Nach der Auswahl des anwendungsspezifisch besten Gießverfahrens erfolgt die maßgeschneiderte Isolationsbeschichtung. Das Fraunhofer IFAM bietet hier eine vollständige Prozesskette, die innerhalb weniger Tage die Herstellung beschichteter Spulen ermöglicht.

Auf Facebook teilenAuf Twitter teilenAuf Linkedin teilenVia Mail teilen

Verwandte Artikel

Fraunhofer IFAM (Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung)