Effiziente E-Mobilität mit dünnen Elektroband-Güten

18.08.2020 | Produkte & Anwendungen

Obwohl klassisch in ihrer Grundkonstruktion, so liegt das Anspruchsvolle heutiger E-Motoren in vielen technischen Details wie dem eingesetzten Elektroband. Dieses bestimmt maßgeblich deren Leistungsfähigkeit und Effizienz. Besonders dünne, performante Güten sind hier gefragt. Unter dem Aspekt einer effizienten Anwendung im Stator des Elektroantriebes eines batteriebetriebenen PKWs hat sich die Güte NO 20 für die Elektromobilität als eine vorteilhafte Variante erwiesen.

 

Es spricht Vieles für den Einsatz besonders dünner Elektroband-Güten in Antrieben elektrifizierter Automobile: Eine kompakte Bauweise zum Beispiel. Speziell bei Hybridfahrzeugen, bei denen der E-Motor zwischen Verbrenner und Getriebe sitzt oder anstatt des Anlassers in den Riemenantrieb integriert wird, steht nur begrenzter Bauraum für das Aggregat zur Verfügung.

Gleichzeitig muss das dünne Band jedoch hochbelastbar sein, um die Fliehkräfte bei Drehzahlen bis zu 20.000 1/min aushalten zu können. Norbert Brachthäuser, in der Waelzholz-Werkstofftechnik verantwortlich für das Spezialprodukt Elektroband, erklärt: „Selbst unser dünnes Elektroband NO 20 mit einer Nenndicke von 0,20 Millimetern stellen wir in einer High-Strength-Ausführung mit einer Streckgrenze Rp 0,20 von 500 MPa bei Erhaltung der guten elektromagnetischen Eigenschaften her. So bieten wir unseren Kunden die Sicherheit, dass der Werkstoff auch in hochbelasteten Bereichen wie dünnen Stegen oder Rotorzähnen den auftretenden Kräften zuverlässig standhält.“

Und besonders wichtig ist: Die Dicke des Elektrobands bestimmt maßgeblich die Leistung und die Effizienz des E-Motors. Hier geht es in erster Linie um die sogenannten Ummagnetisierungsverluste oder Wattverluste. Beim Betrieb des Elektromotors wird die Polung des Elektrobandes im Rotor mit sehr hoher Frequenz gewechselt. E-Band-Experte Brachthäuser: „Im Zuge der Ummagnetisierung geht ein Teil der zugeführten Energie in Form von Wärme verloren. Diese Verluste potenzieren sich mit zunehmender Dicke des Elektrobandes. Es zählt also jeder hundertstel Millimeter, den das Material dünner ist.“ So verbrauchen dünne Güten wie NO 20 weniger Energie und vergrößern so die Reichweite der batterieelektrischen Fahrzeuge.

 

Elektroband Wattverlust Blechdicke

Abbildung 1: Einfluss der Elektroband-Blechdicke auf den Wattverlust

 

Ein weiterer Einflussfaktor auf die Leistung des Elektromotors ist die magnetische Flussdichte des eingesetzten Elektroband-Werkstoffes. Auch hier liefern die Waelzholz NO-Güten ein hohes Leistungsvermögen, messbar als Polarisation bei verschiedenen Feldstärken.

 

Kompetenz für dünnes Elektroband

Dank seines speziellen Know-hows ist Waelzholz in der Lage, dünne Güten sogar bis NO 10, also bis 0,10 Millimeter Banddicke, verlässlich herzustellen. Brachthäuser: „Diese extrem dünnen Elektroband-Güten liefern wir vorwiegend für besondere High-End-Anwendungen wie Herzschrittmacher, Drohnen oder andere Sonderantriebe.“ Im Automobilsektor haben sich unter technischen und kommerziellen Aspekten die Banddicken 0,20 bis 0,30 mm durchgesetzt (Güten NO 20 – NO 30).  Eine NO 20 herzustellen, ist für Kaltwalzer eine Herausforderung, die nur einige Unternehmen verlässlich beherrschen. „Klassische fünfgerüstige Walzstraßen sind nur für Elektroband bis 0,30 Millimeter ausgelegt. Für dünnere Bänder werden spezielle Reversiergerüste mit kleinen Arbeitswalzen-Durchmessern benötigt. Und auch der Durchlaufglühofen will für die dünnen Bänder speziell ausgelegt sein, denn im Ofen ist das Material butterweich. Dünne Güten drohen hier schnell zu reißen oder sich zu verziehen. Hier haben wir über viele Jahre eine spezielle Prozesskompetenz aufgebaut“, erläutert Brachthäuser. Dabei sichert Waelzholz die Maßhaltigkeit der Werkstoffe innerhalb von wenigen tausendstel Millimetern. Das wiederum gewährleistet eine hohe Form-Genauigkeit der Rotor- und Stator-Pakete. Warum dies sehr wichtig ist wird schnell deutlich, wenn man an die hohen Drehzahlen des Elektromotors denkt: Auch bei hohen Frequenzen müssen die Bauteile des Motors absolut ruhig und gleichmäßig laufen.

 

Elektroband-Pakete mit Backlack effizient verbinden

Klassischerweise werden Lamellenpakete aus Elektroband durch Stanzpaketieren, Schweißen oder Nieten zusammengefügt. Dies hat jedoch einen erheblichen Einfluss auf die Leistung des Motors, denn: Diese Fügeverfahren führen zu mechanischen Schäden im Material, der Magnetfluss wird so behindert und die Leistung beeinträchtigt. Abhilfe schafft das von Waelzholz angebotene Backlack-Verfahren (Abbildung 2). Bei diesem wird das Elektroband mit einer speziellen, noch klebefähigen Beschichtung ausgeliefert.

Bei der Weiterverarbeitung werden die durch den Kunden gestanzten Lamellen mit dem Backlack im Ofen zu einem kompakten Paket verbacken. Das Verfahren bietet eine homogene Lamellenverbindung, ohne die Werkstoffeigenschaften negativ zu beeinflussen.

 

Elektroband Klebeverfahren Backlacktechnologie

Abbildung 2: Lackierprozess und Verbackung von Elektroband-Lamellen

 

Weitere Vorteile: Es entstehen kompakte und flüssigkeitsdichte Pakete. Ein Paketbrummen, wie es bei anderen Fügeverfahren vorkommen kann, wird ausgeschlossen. Zudem verbessert der Backlack die Stanzbarkeit und ermöglicht auch die Umsetzung komplexer Geometrien. So bietet Waelzholz mit dünnen NO-Elektrobändern und Backlack beste Voraussetzungen für effiziente und hoch leistungsfähige Elektroantriebe.

Möchten Sie mehr über unser Spezialprodukt Elektroband erfahren? Unsere Broschüre steht zum Download bereit.

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