Gegossene Spulen

Vorteile gegossener Spulen

Das am Fraunhofer IFAM entwickelte Verfahren zur gießtechnischen Herstellung von Spulen bietet entscheidende Vorteile gegenüber konventionell hergestellten Wicklungen. Durch die Kombination von Nutfüllfaktoren von über 80%, dem exzellenten thermischen Verhalten und geringen Zusatzverlusten durch Stromverdrängung wird eine deutliche Steigerung der Leistungsdichte elektrischer Maschinen gegenüber dem Stand der Technik ermöglicht. Der hohe Nutfüllfaktor ermöglicht bei gleichbleibendem Bauraum die Substitution einer konventionellen Kupferwicklung durch eine gegossene Aluminiumwicklung.

Auslegung und Fertigung von Prototypen

Die Abteilung »Elektrische Antriebe« bietet eine maßgeschneiderte Auslegung und fertigungsgerechte Konstruktion gegossener Spulen an. Es stehen verschiedene Auslegungstools für die elektromagnetische und thermische Simulation sowie die konstruktive Gestaltung zur Verfügung. Neben der Gestaltung der Spule selbst wird hierbei auch die Auslegung der elektrischen Maschine unter Berücksichtigung des Montagekonzeptes und der Gesamtverluste betrachtet.

Zur Fertigung von Prototypen steht eine Feinguss-Prozesskette zur Verfügung, die in kurzer Zeit die Realisierung einer Spulengeometrie in Kupfer und Aluminium ermöglicht. Große Spulen mit Kantenlängen bis zu 1 m können im Lost Foam-Verfahren flexibel gefertigt werden. Die Isolationsbeschichtung erfolgt ebenfalls durch das Fraunhofer IFAM und kann in unterschiedlichen Verfahren (Pulverlackieren, KTL/ATL, Anodisieren) anforderungsgerecht realisiert werden.

Anwendungsbeispiele

In verschiedenen Anwendungen wurden die Machbarkeit und die technologischen Vorteile gegossener Spulen nachgewiesen.

Gegossene Kupferspule für Radnabenantrieb.
© Fraunhofer IFAM

Gegossene Kupferspule für Radnabenantrieb.

Gegossene Aluminiumspule für Radnabenantrieb.
© Fraunhofer IFAM

Gegossene Aluminiumspule für Radnabenantrieb.

Gegossene Aluminiumwendepolspule für Gleichstrommaschine.
© Fraunhofer IFAM

Gegossene Aluminiumwendepolspule für Gleichstrommaschine.

 

Gegossene Spulen aus Kupfer für Radnabenantriebe. Durch die Erhöhung des Nutfüllfaktors und das verbesserte thermische Verhalten gelingt eine deutliche Steigerung von Wirkungsgrad und Drehmomentdichte.

 

 

 

 

Gegossene Spule aus Aluminium für die Anwendung in elektrischen Maschinen. Der deutlich höhere Nutfüllfaktor erlaubt eine gleichbleibende Drehmoment- bzw. Leistungsdichte im Vergleich zu einer konventionellen Runddrahtwicklung bei gleichzeitiger Reduzierung des Wicklungsgewichts.

 

 

 

Gegossene Spule für den Einsatz als Wendepolspule in einer Gleichstrommaschine (in Kooperation mit der Bremer Lloyd Dynamowerke GmbH & Co. KG.). Es gelang hierbei, bei identischem Bauraum eine Kupferspule zu substituieren und dabei gleichzeitig die Betriebstemperatur um 30 K zu senken.