Forscher des Fraunhofer IFAM haben ein Gießverfahren entwickelt, mit dem sich leichte Aluminiumwicklungen mit höherem Nutfüllfaktor herstellen lassen, um Kupferwicklungen in Elektromotoren zu ersetzen.In einer Studie fanden sie heraus, dass die Aluminiumspulen die Dauerleistung der elektrischen Maschinen im Vergleich zu den Kupferwicklungen erhöhen, die Betriebstemperatur senken und gleichzeitig Gewicht und Rohstoffkosten einsparen.Nachdem in den vergangenen Jahren bereits erfolgreich Aluminiumspulen im Feinguss hergestellt wurden, war es für die Abteilung Gießereitechnik und Leichtbau des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialien IFAM ein naheliegendes Ziel, die Spulen auch für die Serienfertigung im Druckguss herzustellen.Gegossene Spulen zeichnen sich durch eine flache Leiteranordnung aus, was zu einem höheren Nutfüllfaktor und damit zu einer besseren Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Bauraums führt.Aluminium-Druckgussspule mit sieben Windungen und einer Leiterhöhe von ca.1,5 Millimeter.© Fraunhofer IFAMObwohl die gegossenen Aluminiumspulen im Vergleich zu den gewickelten Kupferspulen einen höheren elektrischen Widerstand haben, führt der größere Querschnitt zu einem geringeren Widerstand in Bezug auf die gesamte Spule.Durch die bessere Anbindung an das Blechpaket und günstigere Ausnutzung des Bauraums ergibt sich ein wesentlich besseres thermisches und elektromagnetisches Verhalten.Aus diesem Grund ist es möglich, gewickelte Kupferspulen durch gegossene Aluminiumspulen zu ersetzen, um die Leistung zu verbessern und die Materialkosten zu senken.Um dies im direkten Vergleich zu zeigen, nutzte das Fraunhofer-Team handelsübliche Pedelec-Motoren mit 250 W.Auf einem Prüfstand wurden umgebaute Motoren mit unterschiedlichen Blechpaketen und Spulenkombinationen getestet.Spulenanordnung innerhalb eines Pedelec-Motors mit Kupferspulen (links) und eines baugleichen Motors mit Aluminiumgussspulen (rechts).© Fraunhofer IFAMUnter den Ergebnissen mit den Aluminiumwicklungen:Der Rillenfüllfaktor konnte von 32 auf 60 % gesteigert werden.Gleichzeitig ergab sich eine Gewichtsersparnis von 10 %.Durch das bessere thermische Verhalten der Spulen stieg die Dauerleistung bei Betriebstemperatur um fast 20 %.Die entstehende Wärme kann die Aluminiumspule besser an das Blechpaket und damit an die Umgebung abgeben.Dadurch ergibt sich eine verbesserte Dauerleistung, da die Spulen erst bei höheren Strömen die zulässige Dauerbetriebstemperatur erreichen.Noch vorteilhafter waren die Messergebnisse für ein auf den Gussspulen optimiertes Blechpaket in einem anderen modifizierten Pedelec-Motor.Bei geringerem Gewicht stieg das Drehmoment um fast 80 % und die Dauerleistung um 25 % gegenüber dem Originalmotor.Konstruktionsänderungen können die Leistung von Aluminiumspulenmotoren weiter steigern.Gepostet am 19. November 2019 in Elektrik (Batterie), Materialien, Motoren |Dauerlink |Kommentare (6)Ich weiß, dass Kupfer teurer und schwerer ist als Aluminium, aber prinzipiell könnten diese Spulen auch in Kupfer gegossen werden.Das würde den Widerstand der Spulen senken und die gleichen Vorteile der Optimierung des verfügbaren Platzes erreichen und den Wirkungsgrad sogar noch mehr steigern.Gepostet von: yoatmon |19. November 2019 um 05:26 UhrVierkantdraht wird bereits in einigen Motoren verwendet, gerade um den Packungsfaktor zu verbessern.Es war das Thema früherer GCC-Beiträge.Gepostet von: Ingenieur-Dichter |19. November 2019 um 06:33 UhrWenn Sie auf die Website des Fraunhofer IFAM gehen (https://www.ifam.fraunhofer.de/content/dam/ifam/en/documents/Shaping_Functional_materials/casting_technology/castings-for-electric-drives-fraunhofer-ifam.pdf) Es ist klar, dass sie bereits ein Verfahren zum Gießen von Kupferspulen entwickelt haben.Vermutlich haben diese Spulen eine höhere Leistung als die Aluminiumspulen, aber es kann wirtschaftliche Gründe geben, die Aluminiumvariante zu bevorzugen.Gepostet von: Roger Brown |19. November 2019 um 08:15 UhrHat Gussmetall einen geringeren Widerstand als gezogenes oder gewalztes Metall?Ich weiß, dass die Kornstrukturen radikal unterschiedlich sein können, und bei gewalztem Metall ist es anisotrop.Gepostet von: Ingenieur-Dichter |19. November 2019 um 14:30 Uhr"Hat Gussmetall einen geringeren Widerstand als gezogenes oder gewalztes Metall?"Nicht, dass ich davon Wüste.Die einzige mir bekannte Abweichung gilt für HF-Hohlleiter.Bei hohen Frequenzen tritt der „Skin-Effekt“ auf;die Elektronendichte bewegt sich zur Oberfläche des Leiters.Aus diesem Grund sind Hohlleiter ähnlich wie Rohrleitungen hohl.Gepostet von: yoatmon |20. November 2019 um 02:42 UhrDas Remy-Design verwendete Vierkantdraht mit "Haarnadel" -Schweißung.Gepostet von: SJC |20. November 2019 um 13:45 UhrDie Kommentare zu diesem Eintrag sind geschlossen.