Nach dem heutigen Stand der Technik werden Statorspulen elektrischer Maschinen aus konventionellem Kupferlackdraht mit rundem Leiterquerschnitt gewickelt. Dieses Verfahren begrenzt den realisierbaren Kupferfüllfaktor und damit den Wirkungsgrad elektrischer Maschinen.
Das Ziel des Forschungsprojekts FlexiCoil war die Erforschung einer Verfahrens- und Werkzeugtechnologie für Formspulen, um elektrische Maschinen mit hohem Kupferfüllfaktor wirtschaftlich herzustellen. Die Zielgeometrie der Spule wurde zu Projektbeginn festgelegt. Vorversuche zeigten, dass mit einer mehrstufigen Umformung der beste Kompromiss zwischen Herstellbarkeit der Spule und seriennaher, wirtschaftlicher Produktion erzielt wird. Die Zielgeometrie kann mit fünf Umformstufen realisiert werden. Die umgeformten Spulen wurden mit einem epoxidbasierten Lack isoliert und in einem Erprobungsträger in der Gestalt eines Radnabenantriebs verbaut. Der Wirkungsgrad und das thermische Verhalten des Erprobungsträgers wurden messtechnisch ermittelt und mit dem Verhalten einer Referenzmaschine mit Runddrahtwicklung verglichen.
Der Kupferfüllfaktor, welcher mittels der FlexiCoil-Spulen erreicht wird, übertrifft den einer üblichen Wicklung um 33 %. Bei hohem Drehmoment resultiert daraus eine Reduktion der Kupferverluste von bis zu 17 %. Die innovative Herstellung der Spule führt zu einer Steigerung der Produktionskosten des kompletten Antriebes von mindestens 10 %. Die Formspulen stehen noch am Anfang ihrer Entwicklung. Durch künftige Forschung wird eine weitere Kostenreduktion der Spulen erwartet. Bereits jetzt zeigt das Projekt FlexiCoil eine Möglichkeit auf, den Kupferfüllfaktor elektrischer Maschinen und damit die Leistungs- und Drehmomentdichte sowie den Wirkungsgrad zu steigern.
Aktualisiert: 2022-01-06
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Der quantitative Zusammenhang zwischen der chemischen Reaktionsgeschwindigkeit und der Temperatur ist bereits seit den Arbeiten von Arrhenius aus dem 19. Jahrhundert beschrieben. Montsinger, Büssing und Dakin haben diesen Zusammenhang auf die thermische Alterung von elektrischen Betriebsmitteln übertragen und Mitte des 20. Jahrhundert erforscht. Bis heute stellen ihre wissenschaftlichen Ergebnisse die Grundlage vielzähliger Publikationen und internationaler Normen dar. Diese besagen, dass eine Erhöhung der Temperatur zu einer exponentiellen Verringerung der Betriebslebensdauer führt. So kann für eine gegebene E-Maschine die Belastung erhöht werden, wenn eine geringere Lebensdauer gefordert wird. Andersherum kann für eine gegebene Belastung die E-Maschine so dimensioniert werden, dass bei geforderter Last eine minimale Ziellebensdauer erreicht wird. Dies bietet das Potential von erheblichen Einsparungen hinsichtlich der eingesetzten Ressourcen, des notwendigen Volumens und letztendlich der Kosten. Im besonderen Gegensatz hierzu steht die Zuverlässigkeit und Lebensdauer, die als zentrale Designparameter bei dem Entwurf der E-Maschine berücksichtigt werden müssen.
Für E-Maschinen in Traktionsanwendungen, Werkzeugmaschinen oder Robotern mit stark variablen und nichtzyklischen Lastkollektiven, ist dieser Zusammenhang wissenschaftlich nicht vollständig durchdrungen.
Die vorliegende Arbeit widmet sich am Beispiel eines elektrischen Traktionsantriebs dieser Fragestellung, um Potentiale hinsichtlich Bauraum und Ressourcen der Lebensdauer gegenüber zu stellen, ohne Designparameter wie die Reichweite oder die Fahrdynamik zu vernachlässigen.
Aktualisiert: 2021-12-20
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Isoliersysteme von Betriebsmitteln der Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ) werden sowohl mit Wechsel- als auch mit Gleichspannung beansprucht. Die elektrische Leitfähigkeit des ölimprägnierten Pressspans ist für die Feldverteilung im Isoliersystem wichtig, bisher aber unzureichend erforscht. Diese Arbeit behandelt die Leitungsprozesse Ionen-, Elektronen-Loch- und Protonenleitung im Pressspan, sowie die relevanten Polarisationsmechanismen. Außerdem werden nichtelektrische Messmethoden wie die UV/Vis-Spektroskopie und die Rasterelektronenmikroskopie einbezogen, um relevante Materialinformationen zu erlangen. Die dielektrischen Systemeigenschaften und die elektrische Leitfähigkeit des Pressspans werden mittels Sprungantwortmessungen im Zeitbereich erfasst und es wird ein Bezug zwischen der Materialstruktur und den elektrischen Eigenschaften hergestellt. Dabei werden die anwendungstechnischen Parameter Wassergehalt, Temperatur und Feldstärke, der mikroskopische Parameter Ligningehalt, sowie die makroskopischen Parameter Dichte, geometrische Orientierung der Fasern und imprägnierendes Fluid untersucht und deren Einflüsse auf die elektrische Leitfähigkeit von Pressspan bewertet.
Aktualisiert: 2021-12-13
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Forschungsabteilung „Isoliersysteme und Diagnostik“ Abteilungsleiter: Dr.-Ing. Michael Keßler Kurzbeschreibung:
Die Forschungsabteilung bearbeitet ein weites Themengebiet von der Entwicklung neuartiger Isolierstoffe bis zur Zustandsbewertung von Isoliersystemen mittels verschiedener Diagnosemethoden. Bei den Untersuchungen zu Hybridisoliersystemen steht die Weiterentwicklung von syntaktischen Schäumen als Isolierstoffe mit niedriger spezifischer Dichte im Vordergrund. Hier wird insbesondere der Zusatz von Nanopartikeln zur Reduktion der Mischviskosität untersucht. Aber auch neue Einsatzmöglichkeiten wie die elektrische Isolierung von Supraleitern mittels syntaktischer Schäume werden betrachtet. Auf dem Gebiet der Diagnostik steht die Zustandsbewertung polymerer Isoliersysteme mittels Ultraschall im Mittelpunkt. Neben der Detektion von eingeschlossenen Fehlstellen in verschiedenen Materialien wie Elastomeren (z.B. Muffenkörper) können zudem Grenzflächen- und Vernetzungsprobleme nachgewiesen werden. Eine neue Anwendung der Ultraschalldiagnostik stellt die Temperaturmessung an inneren Grenzflächen dar. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt liegt in der Verbesserung der Effizienz von Zündsystemenmittels "Multisparkzündung". Dabei wird die Spule derart betrieben, dass anstelle eines konzentrierten Einzelzündfunkens viele kurze Entladungen in serieller Folge erzeugt werden, um eine gleichmäßige Zündung des Kraftstoff-Luftgemisches sicherzustellen.
Aktualisiert: 2019-03-15
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