Integration umformtechnischer Produktionsverfahren in die Komponentenfertigung innovativer Elektromotorenkonzepte

Aktuelle gesellschaftliche und politische Anforderungen an die Produktionstechnik, wie Nachhaltigkeit und Klimaschutz, erfordern eine kontinuierliche Optimierung oder Neuentwicklung von Herstellungsprozessen und Maschinendesigns. In diesem Zusammenhang steigen die Anforderungen auch im Elektromaschinenbau kontinuierlich, z.B. durch die Einhaltung der gesetzlich geforderten Mindestwirkungsgrade IE3 für Elektromotoren mit Leistungen von 0,75 kW bis 375 kW. Aus diesem Grund ist es auch notwendig, die entsprechenden Fertigungsprozesse anzupassen, um eine höhere Effizienz der laufenden Maschine zu erreichen. Eine Möglichkeit, dieses Ziel zu erreichen, besteht darin, den sogenannten Nutfüllfaktor zu erhöhen. Dieser Kennwert stellt das Verhältnis des verfügbaren Querschnitts einer Nut und seiner tatsächlichen Füllung mit Leitermaterial dar. Üblicherweise werden die Nuten hauptsächlich mit Runddrähten gefüllt. Unter diesen Bedingungen können jedoch nur Nutfüllfaktoren von ca. 75% realisiert werden. Um eine höhere Nutfüllung zu erreichen, ist es notwendig, die Querschnittsform des Leitermaterials an die entsprechende Einbaulage anzupassen. Besonders geeignet ist diese Anwendung für sogenannte Zahnspulen. Zahnspulen werden üblicherweise in axial laminierten Statoren verbaut, deren Einzelbleche im Stanzpaketierverfahren hergestellt werden. Ein neuartiger Ansatz für das Statordesign mit radial laminierter Blechung wird in dieser Veröffentlichung vorgestellt. Sowohl für die Herstellung der angepassten Spulenwindungen als auch für die Komponentenherstellung des neuartigen Stators ist die Umformtechnik hervorragend geeignet. Dieser Beitrag stellt daher ein Verfahren zur flexiblen Anpassung der Querschnittsform des Leiters an die Geometrie der Nut vor sowie die Vorteile der Integration in ein neuartiges E-Maschinenkonzept. Zunächst werden die Potenziale und Grenzen des Prozesses dargestellt. Weiterhin wird das für die Querschnittsanpassung erforderliche Werkzeug beschrieben. Vor- und Nachteile der Methode werden analysiert und bewertet. Insbesondere Faktoren wie Längung des Leitermaterials und Gratbildung spielen dabei eine entscheidende Rolle. Abschließend wird ein Ausblick gegeben und mögliche Forschungsansätze diskutiert.