E-Motor: Mit Kunststoff schneller auf Touren

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Dank eines magnetischen PPS-Kunststoffs von Barlog konnte eine Projektgruppe rund um Arburg einen Elektromotor realisieren, der schneller auf Touren kommt.

Elektromotoren mit Hilfe von Kunststoffen leichter und damit effizienter zu machen: Das war das Ziel des Projekts „Produktionstechnologien für effiziente Leichtbaumotoren für Elektrofahrzeuge“ (Pro Lemo). Das Projekt hatte der Hersteller von Kunststoffmaschinen Arburg ins Leben gerufen, in Zusammenarbeit mit weiteren Partnern. Bei dem neuen Leichtbau-Motor kommt unter anderen ein magnetischer Kunststoff von Barlog Plastics aus Overath zum Einsatz.

Damit ein Elektromotor schneller auf Touren kommt, muss vor allen der Rotor abspecken, schließlich er ist er es, der die in einem E-Motor rotierende Masse darstellt. „Je schwerer dessen Komponenten sind, desto höher ist das Trägheitsmoment; Motoren mit leichteren Rotoren müssen also weniger Energie in die Überwindung ihrer eigenen Massenträgheit stecken“, erläutert Robert Konnerth von Barlog. „So erreichen sie ihre Spitzenleistung schneller – ideal zum Beispiel für Servomotoren.“

Kunststoff-Motor viel leichter – bei gleicher Leistung

Dank vieler neuer Konzepte konnte beim Pro Lemo-Motor im Vergleich zu klassischen Servomotoren eine Gewichtseinsparung von insgesamt bis zu 24 % realisiert werden – bei gleicher Leistung wohlgemerkt. Derzeit befindet sich der neue E-Motor im Langzeittest, unter anderem in der Spritzeinheit einer Arburg Spritzgießmaschine.

Eine der zentralen Innovationen des Pro Lemo-E-Motors: An Stelle eines einzigen kompakten Rotors – einem schweren Blechpaket –  finden sich hier acht segmentierte Rotorscheiben. Die Scheiben sind so konstruiert, dass sie im 2K-Spritzguss mit einer speziell angepassten Außenkontur hegestellt werden. Ihr Kern besteht aus einem glasfaserverstärkten und wärmebeständigen Kunststoff zur Anbindung an die Rotorwelle. Diese durchdachte Konstruktion löst den klassischen Aufbau ab.

Kebablend/MW – magnetisierbare und weichmagnetische Compounds der Barlog Gruppe. Foto: Barlog

Zur Fertigung des äußeres Rings des Rotors, der kraftschlüssig mit dem Inneren verbunden ist und über Nuten für das nachträgliche Einstecken von Permanentmagneten versehen ist, testen seine Erfinder nun auch den Werkstoff Kebablend/MW 53.2000 PPS von Barlog. Dabei handelt es sich um einen weichmagnetischen PPS-Compound zur Magnetflussführung.

Vorteile (weich-) magnetischer Kunststoffe

Die Mitglieder der Kebablend/MW-Familie von Barlog lassen sich nicht nur hervorragend im wirtschaftlichen Spritzgussverfahren verarbeiten: Sie zeichnen sich vor allem durch eine kundenspezifisch maßgeschneiderte magnetische Permeabilität und Sättigungsflussdichte aus. Zudem überzeugen die PPS-gebundenen Weichmagnete mit ihren mechanischen Eigenschaften: Gute Zähigkeit und eine gleichzeitig hohe Festigkeit lassen unter anderem auch eine nachträgliche mechanische Bearbeitung der Spritzgussbauteile zu. Gesinterten Ferritmagneten sind sie nicht nur im Blick auf ihre mechanischen Eigenschaften weit überlegen; im Vergleich zu diesen überzeugen sie außerdem durch eine höhere Gestaltungsfreiheit – im konkreten Fall u.a. bei der Ausgestaltung feiner Nuten zur spielfreien Aufnahme weiterer Motorkomponenten.

Ausschlaggebend für die Wahl der Arburg-Ingenieure auf Kebablend/MW 53.2000 PPS waren vor allem die maßgeschneiderte magnetische Permeabilität und Sättigungsflussdichte des Werkstoffs – bei überzeugenden mechanischen Kennwerten.

Kunststoff-Magnete schaffen innovative Produkte

„Dieses Projekt ist ein hervorragendes Beispiel für das, was wir unseren Kunden mit unseren magnetisierbaren oder weichmagnetischen Kunststoffen anbieten können“, erläutert Robert Konnerth: „Spritzgegossene Magnete schaffen innovative Produkte, nicht nur bei E-Motoren, sondern auch in der Sensor- und Aktuator-Technologie. Weichmagnetische Kunststoffe, auch SMC genannt für Softmagnetic Compounds, sind durch kleine Koerzitivfeldstärken und Remanenzen gekennzeichnet. Einfach ausgedrückt, besitzen weichmagnetische Werkstoffe keine permanente magnetische Kraft wie Dauer- oder Hartmagnete. Sie sind daher besonders gut für Anwendungen geeignet, die eine ständige Ummagnetisierung erfordern. Dafür ‚verstärken‘ oder führen sie äußere Magnetfelder, je nach Werkstoffpermeabilität. Sie helfen also, Magnetfeldlinien auszurichten“, so Konnerth.

Das ist auch die Aufgabe des Kebablend/MW-Compounds im Pro Lemo-Rotor. Andere Anwendungen, bei denen diese Eigenschaft wichtig ist, sind das Induktive Laden bzw. die kontakt- oder berührungslose Energieübertragung, etwa in Handyladegeräten, sowie die effektive Abschirmung von Elektromagnetischen Feldern ohne schwere metallische Einleger – Stichwort ‚EMV-gerechte Bauteilauslegung‘.

mg

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