Glulock

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Glulock

Hannover Messe / E-MOTIVE
23.04.2009
Glulock® und KupferdruckgussrotorenInnovative Fertigungsverfahren
für
Hybrid- und Elektrofahrzeuge
Gerd Kücken 22.04.2009
Anforderungen an Elektrofahrzeuge
Hauptantriebe für Hybrid- und reine Elektrofahrzeuge stellen
mit die höchsten Anforderungen an:
minimalen Platzbedarf
höchsten Wirkungsgrad
niedrige Herstellungskosten
Vorgestellt werden zwei Herstellungsverfahren
Glulock
Kupferdruckgussrotoren
Diese helfen mit, die genannten Anforderungen zu erfüllen
© 2009 Kienle + Spiess
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Inhalt Glulock
Beschreibung des Glulock-Produktes
Beschreibung des Glulock-Verfahrens
Vorteile und Grenzen des Glulock-Produktes
Zusammenfassung
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Inhalt
Zusammenfassung
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Paketierverfahren für gestanzte Bleche
Fast immer werden die für die elektrischen Maschinen notwendigen
gestanzten Elektrobleche zu Paketen weiterverarbeitet.
Bisherige Verfahren:
Schweißen
Nieten
Klammern
Stanzpaketieren
Backlack
Neues Verfahren:
Glulock
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Das Glulock Paket erkennt man daran, dass man nichts erkennt.
Ideal platzierte, flache und runde Klebetropfen halten die
einzelnen Bleche im Inneren zusammen.
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Punktförmige Klebeverbindung
Klebeverbindung in frei wählbaren
Bereichen der Blechoberfläche
Schichtdicke maximal 5µm
Klebstoff ist ein Cyanacrylat
Scherfestigkeit 5 – 20 N/mm²
Zugfestigkeit um ein Vielfaches höher als
stanzpaketiert
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Inhalt
Zusammenfassung
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Ein patentrechtlich geschütztes Fertigungsverfahren
Glulock ist ein neues Paketierverfahren integriert in den Stanzprozess
eines Folgeschneidwerkzeugs. Dabei verbinden kleinste Klebetropfen
die einzelnen Lamellen unter schwersten Umgebungsbedingungen und
mit höchsten Leistungsanforderungen.
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Inhalt
Zusammenfassung
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Vorteile und Grenzen des
Glulock-Produktes

Alterung des Klebstoffes
Evtl. bedingte Verträglichkeiten
Geringere Schlag- und
Schälbelastung

Die Dauerfestigkeit muss durch die
Weiterverarbeitung, wie z.B.
-Wicklung
-Gehäuse
gegeben sein.

Bessere elektrische Performance
Geringerer Eisenverluste
Mehr Magnetfluss
Geringere Vibrationen
Freie Positionierung der
Verknüpfung (Designfreiheit)
Paketierung dünnerer Bleche bis
aktuell minimal 0,2 mm
Engere Toleranzen und Streuungen
Hohe Paketdichte durch minimalen
Klebespalt
Hohe Biegefestigkeit
Ähnlich positive Eigenschaften wie
Backlack, aber viel kostengünstiger
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Inhalt
Zusammenfassung
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glulock
Bessere elektrische Eigenschaften
Bessere mechanischeEigenschaften
Mehr konstruktive Möglichkeiten
Fertigungstechnische Vorteile
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Inhalt Kupferdruckgussrotoren
Warum Asynchronmaschinen ?
Al oder Cu als Käfigmaterial
Herausforderungen beim Kupferdruckguss
Zusammenfassung
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Warum Asynchronmaschinen (ASM)?
Heute gebräuchlich sind permanentmagneterregte Antriebe:
z.B. Toyota Prius, Honda Insight, Mercedes S-Klasse
Die Vorteile gegenüber Asynchronmaschinen sind:
•
Höhere Ausnutzung
•
Besserer Wirkungsgrad, speziell bei niedrigen Drehzahlen
Trotzdem gibt es auch Entwicklungen im Bereich ASM
Begründung:
•
Magnetpreisentwicklung
•
Großer Feldschwächbereich leichter möglich
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Zusammenfassung
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Verlustanteile der ASM
P1 = Mω0 =
P1 =
R´
3I ´ 2
s
2
2
3U1 I1 cos ϕ
Pt1 =
2
1
3I R1
Pv =
U12
3
Rv
Pm = Mω =
3I ´22 ⋅R´2 ⋅
(1 − s )
=
s
P2 = Ph
Kupferverluste Stator
P1 (1 − s )
Eisenverluste
Pt 2 =
s ⋅ P1 =
Ps
2
2
I2R-Verluste Rotor
3I ´ R´2
Reibungsverluste
I1
U1
R1
X s1
Rv
X´s2
R´2
I 2´
Xm
R´t =
R´2 1-s
s
R´2
s =
R´2 +R´t
I´2
I g=I 1-I 2´
Spezifischer Widerstand
http://users.telenet.be/b0y/content/gen_techin/Induction.Motor.cutaway.jpg
Gerd Kücken / 02.04.2009
(nΩ m) (bei 20°C)
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Al
Cu
26,5
16,78
Kupfermotoren haben kleinere Verluste
als Aluminiummotoren
Vergleich der Verluste bei 50 Hz
Der Betrieb der
Kupfermotoren ist
günstiger als der
Aluminiummotoren.
C. Stark, J. G. Cowie, D. T. Peters, and E. F. Brush, Jr., Copper in the Rotor for Lighter, Longer Lasting Motors, ASNE
San Diego Section Fleet Maintenance Symposium 2005 30 August – 1 September 2005
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Al-Rotor mit Paketverlängerung vs. Cu-Rotor
Kalkulierter Vergleich zwischen den Alu- und Kupfermotoren
Wirkungsgrad eines 5 HP-Motors, 4-polig (Reibungsverlust 35 W)
92
Kupfer
Aluminium
91
90
Wirkungsgrad (%)
Δε 89
Premium efficiency, IE 3
88
High efficiency, IE 2
87
86
85
Standard efficiency, IE 1
84
83
80
90
100
110
120
130
140
Eisenlänge (mm)
150
ΔLFe
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160
170
Für Anwendungen im
Automobilbereich ist
dies kein sinnvoller
Weg.
Zusammenfassung
Kupfer kostet das 9-Fache von
Aluminium
Aluminium
Kupfer
Unterschied
Al –Cu (%)
2,7
8,96
+332
1 350
3 700
+274
1
1
Schmelzpunkt (°C)
660
1084
+164
Summe Wärme (106 kJ)
3,19
6,33
+204
Eigenschaften
Dichte (kg/m3) (auf 20 °C)
Preis (€/Tonne)
(www.lme.co.uk)
Geschmolzenes Volumen (m3)
VAl
= VCu
mAl
<
< ~9x
3x
mCu
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VAl
=
VCu
Die Abnützung der Form ist beim
Kupfergießen extrem schnell
Die große Hitze beschädigt die Form nach 100 Schüsse
Beim Aluminium ist die Lebensdauer einer solchen Form ca. 50.000
Schüsse.
Höhere Formkosten beim Kupfergießen als
beim Aluminiumgießen
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Porosität stellt größere Herausforderungen an
das Auswuchten als an die elektrische Leistung
Kienle + Spiess: < 1 %
Literatur: ca. 3 %
~ 131 mm
E. F. Brush Jr, S. P. Midson, W. G. Walkington, D. T.
Peters, J. G. Cowie, “Porosity Control in Copper Rotor Die
Castings”, NADCA Indianapolis Convention Center,
Indianapolis, IN September 15-18, 2003, T03-046
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Hier findet man kaum Lunker
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Gegenüber Al-Rotoren deutlich besserer Wirkungsgrad
Geringere Rotorverluste führen zu
deutlich niedrigeren Lagertemperaturen
Hoher Qualitätsstandard erreicht
Deutliche Verbesserungen beim Formenverschleiß
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