Je dünner, desto bester? Die richtige Elektrobanddicke im Motor

Für die Auswahl des richtigen Elektrobandes für Motoren müssen viele Faktoren berücksichtigt werden.

Ganz entscheidend sind natürlich die magnetischen und mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs. Je dünner, desto geringer sind die Wirbelstromverluste bei hohen Frequenzen. Die Effizienz des Motors wird dadurch erhöht. Das wiederum bedeutet einen geringeren Stromverbrauch und damit höhere Reichweiten bei gleicher Batteriekapazität.

voestalpine isovac® Die richtige Elektrobanddicke im Motor

Doch welche Auswirkungen hat die Elektrobanddicke auf Faktoren wie Stanzbarkeit, vorhandene Stanzkapazitäten, erforderliche Stanztechnologien, Verfügbarkeit am Markt und letztendlich auf den Materialpreis? Gibt es neben der Effizienz noch andere technische Faktoren für die Auslegung des Motors, die für unterschiedliche Dicken sprechen? Soll der Motor nur als Unterstützung eines Verbrennungsmotors dienen (Mild Hybrid), soll er bis zu einer bestimmten Geschwindigkeit das Auto unabhängig antreiben und kürzere Strecken rein elektrisch abdecken (Plug-In Hybrid) oder soll er das Fahrzeug über lange Distanzen rein elektrisch antreiben (Elektrofahrzeug)?

Ist bei ganzheitlicher Betrachtung wirklich immer die geringere Stärke die bessere Wahl? Begleiten Sie uns bei ein paar Gedankenexperimenten.

Dünnere Bleche, längere Herstelldauer, verringerte Kapazitäten

Nehmen wir als Beispiel einen Motor mit einem Statoraußendurchmesser von 250 mm und einer Pakethöhe von 120 mm. Je dünner die Blechdicke ist, desto mehr Lamellen werden benötigt um eine geforderte Bauhöhe
zu erreichen. Die Stanzgeschwindigkeit variiert beispielhaft je nach Blechdicke zwischen 220 Hübe/min (für 0,25 mm dickes Blech) und 250 Hübe/min (für 0,35 mm). Unter Berücksichtigung von Ausschuss, Standzeiten und Verfügbarkeit der Anlage ergibt sich eine Produktionsmenge zwischen 32 Paketen pro Stunde (0,35 mm) und 19 Paketen pro Stunde (0,25 mm), d. h. die reine Stanzdauer erhöht sich um das 1,7 fache.

Auswirkung auf globale Stanzkapazitäten

Unter der (sehr konservativ) geschätzten Annahme von 25 Mio benötigten Antriebsmotoren im Jahr 2025 bedeutet dies eine Installation von mindestens 60 zusätzlichen Hochpräzisionsstanzen/Pressen alleine durch den Umstieg von 0,35 mm auf 0,25 mm Dicke.

Effizienzmaximierung ja, aber nicht unabhängig vom Einsatzgebiet

Starke und leistungsfähige Elektromotoren lassen sich prinzipiell mit einer großen Reihe von Elektrobändern erzeugen. Bei der Auswahl für den Antriebsmotor eines reinen Elektroantriebes im Automobil geht es in erster Linie um die Frage, welche Einsparungen sich insgesamt durch hochwertigeres, auch dünneres und somit teureres Elektroband erzielen lassen. Selbst relativ geringe Unterschiede im Wirkungsgrad haben Einfluss auf die Reichweite und somit die benötigte, sehr teure Batteriekapazität.

Soll der Elektromotor den Verbrennungsmotor nur unterstützen wie bei einem Mild Hybrid Auto oder das Fahrzeug nur über kurze oder mittlere Distanzen rein elektrische betreiben wie bei einem Hybrid oder Plug-In Hybrid so ist die Anforderung an das Leistungsprofil geringer. Neben der Materialeinsparung beim Motor ist vor allem die benötigte Batteriekapazität deutlich geringer. Somit sind Abstriche hinsichtlich Effizienz des Motors durch die Verwendung von Dicken im Bereich 0,3 und 0,35 mm durchaus auch sinnvoll. Zusätzlich ist zu berücksichtigen, dass sehr dünnes Elektroband bei hochdrehenden Motoren vor allem im Stator zu einer Effizienzsteigerung führt, im Rotor allerdings sind sehr oft weniger die Dicke als vor allem sehr hohe Festigkeiten erforderlich. Spezielle Fügeverfahren wie vollflächiges Verkleben ermöglichen dabei Rotordesigns, die sich ebenfalls positiv auf den Wirkungsgrad und damit die Effizienz auswirken.

Fazit

Dünner ist nicht gleich besser. Bei ganzheitlicher Betrachtung von Verarbeitbarkeit, Kosten, Einsatzgebiet, Effizienz und anderer technischer Faktoren für die Auslegung des Motors kann gesagt werden, dass der Einsatz von Elektroband sehr differenziert betrachtet werden muss. So gibt es Rahmenbedingungen, die ganz klar für die Verwendung von Elektroband in unterschiedlichen Stärken sprechen.

voestalpine Techniker und Spezialisten bringen sich mit ihrer Expertise rund um Material und Verarbeitung in die Entscheidungsfindung gerne ein.