Im Gespräch: Dr. Hartmut Groß, Director Advanced Solutions Höherer Wirkungsgrad von Elektromotoren dank neuer Faserverbundstoffe von Schunk Carbon Technology - KEM

Im Gespräch: Dr. Hartmut Groß, Director Advanced Solutions

Höherer Wirkungsgrad von Elektromotoren dank neuer Faserverbundstoffe von Schunk Carbon Technology

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Leicht und dennoch außergewöhnlich stabil: Schunk Carbon Technology setzt kohlenstoff- und glasfaserverstärkte Armierungshülsen in elektrischen Hochleistungsmotoren ein. Die maßstabilen und weitgehend isolierenden Werkstoffeigenschaften steigern den Wirkungsgrad des Motors und erlauben eine kompaktere Bauweise. KEM Konstruktion im Gespräch mit Dr. Hartmut Groß, Director Advanced Solutions bei Schunk.

Interview: Dr.-Ing. Ralf Beck, Redakteur KEM Konstruktion

KEM Konstruktion: Herr Dr. Groß, ultradünne Leichtbauwerkstoffe in das extrem belastete Umfeld eines Permanentmagnetmotors einzubauen, ist nicht gerade eine sehr naheliegende Idee. War das Mut zum Risiko?

Groß: Alles andere als das. Vielmehr ist es das Resultat eines kontinuierlichen Entwicklungsprozesses bei Schunk Carbon Technology. Das Thema Verbundwerkstoffe wurde bereits in den 1970er-Jahren von uns aufgegriffen. Allerdings in einem gänzlich anderen Anwendungskontext. Leichtbau oder Applikationen zur Stromübertragung hatte damals noch keiner wirklich auf dem Schirm. Damals galt es, für Chargenträger in Brennprozessen komplexe Geometrien mit extrem hoher Temperaturbeständigkeit zu entwickeln. Unsere Ingenieure setzten dafür erstmals CFC als Verbundwerkstoff ein. Mit großem Erfolg. Später in den 1980ern entstanden aus CFC unter anderem Spezialtiegel für die Herstellung von Siliziumkristallen für die Halbleiterindustrie. In diesen Bereichen sind wir bis heute Marktführer und haben natürlich sehr früh unsere Kompetenzen im Umgang mit Verbundwerkstoffen ausbauen können.

KEM Konstruktion: Und daraus entwickelte sich der Weg, Leichtbaukomponenten für elektrische Antriebe einzusetzen?

Groß: In nächsten Schritt entwickelten wir CFK-Hülsen für die Pumpenindustrie. Diese schon recht dünnwandigen und gewichtsreduzierten Bauteile sorgten für eine deutliche Effizienzsteigerung beim Einsatz in Turbomolekularpumpen. Ab den 2000er-Jahren und mit den erarbeiteten Erfahrungen haben unsere Ingenieure sich dann auf Leichtbaulösungen für elektrische Antriebe fokussiert. Bestes Beispiel ist das CFK-Schwungrad für das Kers-System zur Energierückgewinnung im Motorsport. In den Nuller-Jahren ein echtes Novum in der Automobilwelt. Das System musste extrem leicht sein und trotzdem auch bei hohen Umlaufgeschwindigkeiten formstabil bleiben. Aus diesem Entwicklungsprozess leitete sich das Anwendungsfeld elektrische Antriebe ab. Für uns stand dabei nie der ausschließliche Nutzen der Gewichtsreduzierung im Vordergrund. Vielmehr verbanden wir das Thema Leichtbau immer mit einer technologisch anspruchsvollen Funktionserweiterung. Heute ist dieses Schunk-Added-Value-Engineering eines der wichtigsten Merkmale unserer Entwicklungsarbeit, die unsere Kunden im Besonderen schätzen.

KEM Konstruktion: Welche Vorteile bieten Ihre leichten Faserverbundstoffe bei magnetgelagerten Hochleistungsmotoren

Groß: Kohlenstoff- und glasfaserverstärkte Armierungshülsen von Schunk werden zur Fixierung von Antriebsmagneten in elektrischen Hochleistungsmotoren eingesetzt. Hier haben wir unsere Werkstoffkompetenz in Faserverbundstoffen und unsere 100-jährige Erfahrung in der Stromübertragung auf einen erfolgreichen Nenner gebracht. Der größte Nutzen entsteht bei dieser Ummantelung aus der extrem dünnen Wandstärke und dem geringen Gewicht des Materials bei gleichzeitig außerordentlicher Stabilität, die nur ein Faserverbundwerkstoff bieten kann. Gegenüber konventionellen Edelstahlbandagen zur Magnetfixierung sind Schunk-CFK-Armierungshülsen um ein Vielfaches leichter, sodass entsprechend geringere Fliehkräfte auf das System einwirken. Die maßstabilen und weitgehend isolierenden Werkstoffeigenschaften steigern dabei nicht nur den Wirkungsgrad des Motors, sondern erlauben zudem dank ihrer Dünnwandigkeit eine kompaktere Bauweise mit kleinem Luftspalt zwischen Rotor und Stator. Die Ausrüstung von Permanentmagnetmotoren mit CFK-Armierungshülsen stellt damit eine echte wirtschaftliche Alternative zu bürstenlosen Elektromotoren dar.

KEM Konstruktion: Sehen Sie innerhalb der Leichtbaus weitere innovative Anwendungsbereiche für Faserverbundstoffe im Elektromotor?

Groß: Ja durchaus. Derzeit entwickeln wir Faserverbundwerkstoffe wie verpresstes Kohlenstofffaser-SMC als Verbundteil, um die Anwendungsbereiche am Elektromotor weiter auszubauen. Als Motorgehäuse werden diese Bauteile bei vergleichbaren mechanischen Eigenschaften wie konventionelle Gehäuse bis zu 40 % an Gewicht einsparen.

Detaillierte Informationen zu den Armierungshülsen für Permanentmagnete:

http://hier.pro/C8Aih

Husum Wind: Halle 1, Stand C01

Composites Europe: Halle 6, Stand D79


„Die Ausrüstung von Permanentmagnetmotoren mit CFK-Armierungshülsen stellt eine echte wirtschaftliche Alternative zu bürstenlosen Elektromotoren dar.“

Dr. Hartmut Groß ist Director Advanced Solutions bei Schunk
Bild: Schunk
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