Gusswicklungen

Die Weiterentwicklung der Elektrifizierung stellt ein zentrales Zukunftsthema für die Industrie dar. Die technologischen Fortschritte im Bereich elektrischer Antriebe haben nicht nur zu einer breiteren Akzeptanz dieser Technologie geführt, sondern auch zu einer gesteigerten Nachfrage nach effizienteren und leistungsfähigeren Antriebssystemen. In diesem Zusammenhang wurden am Fraunhofer IFAM gegossene Wicklungen (Cast Coils) aus Aluminium und Kupfer entwickelt. Die gießtechnische Fertigung von Spulen ermöglicht nicht nur Elektromotoren mit höherer Leistungsdichte, sondern erlaubt auch kostengünstigere, effizientere und leichtere Designs.

Vorteile gegossener Wicklungen

Im Gegensatz zu herkömmlichen gewickelten bzw. drahtumgeformten Wicklungen weisen Cast Coils keine Beschränkungen hinsichtlich des Leiterquerschnitts auf. Dadurch kann der verfügbare Bauraum in der Nut bestmöglich ausgenutzt werden, was zu einer Maximierung des Nutfüllfaktors führt. Zudem lassen sich durch Aussparungen in den einzelnen Leitern Kühlkanäle in der Wicklung ausbilden, um eine direkte Leiterkühlung zu ermöglichen. Ohnehin bietet die Flachleiterstruktur der gegossenen Wicklung überlegene Kühlungseigenschaften, da der Wärmeübergang sowohl zwischen den Leitern als auch zum Magnetkern durch große Wärmeübergangsflächen verbessert wird.

Die Integration von mehr stromführendem Material in der Nut und die verbesserten Kühleigenschaften ermöglichen die Entwicklung neuer Maschinen mit höherer Leistungsdichte und gesteigertem Wirkungsgrad. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die Kupferwicklung durch eine leichtere Aluminiumwicklung zu ersetzen, da die genannten Vorteile den Leitfähigkeitsnachteil des Aluminiums kompensieren können.

Transfer in die industrielle Anwendung

Unsere Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkte liegen auf der Weiterentwicklung dieser fertigungstechnischen Innovation und deren Transfer in die industrielle Anwendung. Dies umfasst Prozess- und Designverbesserungen in der Spulen- und Wicklungsfertigung sowie die Bewertung der Technologie für individuelle Anwendungsfälle und das Design for Manufacturing für den gesamten Magnetkreis unter Berücksichtigung der fertigungstechnischen Randbedingungen.

Prototypische Fertigung und Qualitätssicherung von elektrischen Antrieben

Das Fraunhofer IFAM verfügt über ein interdisziplinäres Team mit umfangreichen Kompetenzen, um elektrische Maschinen mit Gusswicklung zu berechnen, zu entwerfen und prototypisch zu fertigen. Hierbei setzt das Team auf methodische Ansätze zur integrierten multidisziplinären Entwicklung über  Domänengrenzen hinweg und kombiniert diese mit langjährigem Know-How zur Automatisierung von Entwurfsprozessen für eine stark beschleunigte Entwicklung. Unser spezifisches fertigungstechnisches Wissen über Gieß- und Beschichtungsverfahren zur Herstellung von gegossenen Wicklungen beziehen wir hierbei direkt mit ein.

Mithilfe der hauseigenen Anlagentechnik zum Laserschneiden und Paketieren von Elektroblechen sowie für den Druckguss können wir ganze Statoren mit gegossener Wicklung prototypisch fertigen. Zur Qualitätssicherung steht ein Messtechniklabor mit Fertigungsmesstechnik sowie Ausstattung für elektrische Komponententest zur Verfügung. Bei Bedarf können wir auch ganze Funktionsdemonstratoren aufbauen und am hauseigenen Elektromotorenprüfstand prüfen.

Mit unserer Expertise und unserer Ausstattung sind wir führend auf dem Gebiet der gegossenen Wicklungen und treiben die Entwicklung elektrischer Antriebe für eine nachhaltigere Zukunft voran.