Capcooltech-Methode Capcooltech-Methode von Dynamic E Flow steigert Leistung von E-Motoren
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Capcooltech-Methode Capcooltech-Methode von Dynamic E Flow steigert Leistung von E-Motoren

Innenkühlung elektrischer Maschinen
Capcooltech-Methode von Dynamic E Flow steigert Leistung von E-Motoren

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Dynamic E-Flow hat mit Capcooltech eine Methode zur Leistungssteigerung von elektrischen Maschinen entwickelt. Anstatt konventioneller Spulen werden im Motor Hohldrahtspulen verwendet, die eine Direktkühlung innen, wo die Wärme entsteht, ermöglichen. Im Gespräch mit KEM Konstruktion erklären CEO Michael A. Naderer und CTO Manuel Hartong wie diese Technologie konkret funktioniert und wieso die Innenkühlung ist bis zu 1000 Mal effizienter ist als eine herkömmliche Außenkühlung.

» Interview: Johannes Gillar, stellvertretender Chefredakteur KEM Konstruktion

KEM Konstruktion: Dynamic E-Flow hat die Capcooltech-Methode (Capillaries Cooling Technology) zur Leistungssteigerung elektrischer Maschinen entwickelt. Welchen Vorteil haben die Anwender davon?

Naderer: Anwender haben oft Probleme mit: zu wenig Bauraum, zu wenig Dynamik, zu viel Wärme, zu wenig Leistung – das sind die Probleme, die wir adressieren. Wir können die doppelte Leistungsdichte, und somit viele Probleme lösen. Zudem können wir die Abwärme aus den E-Maschinen vollständig abführen, sodass Prozess- und Maschinentemperaturen konstant robust gehalten werden. Extreme Rahmenbedingungen können wir mit Einfachheit meistern.

KEM Konstruktion: Können Sie diese Technologie und ihre Funktionsweise kurz erklären?

Hartong: Unsere Motoren werden nicht mit einem konventionellen Draht, sondern mit einem Hohldraht gewickelt in dem ein Kühlmittel durchfließt. Unsere patentierte Technologie Capcooltech ist eine innovative Methode zur Leistungssteigerung und besteht im Wesentlichen aus 2 Komponenten: dem Hohldraht und der Anschlussbox, also der Capcooltech-Box. Mittels einer Pumpe gelangt das Kühlmittel in die Spulen (Hohldrähte). Ein Wärmetauscher sorgt für den Wärmaustausch, durch die perfekte Kontrolle kann die richtige Eingangstemperatur gewährleistet werden. Somit ist eine Überhitzung des Motors praktisch nicht mehr möglich.

KEM Konstruktion: Warum ist die Innenkühlung mit Hohldrahtspulen im Motor so viel effizienter als die herkömmliche Außenkühlung?

Hartong: Weil die Wärme in den Wicklungen ein großes Problem ist. Mehr als 2/3 der Wärme entsteht dort. Und wir führen diese Wärme einfach ab. Wenn elektrische Maschinen ohne Capcooltech stark belastet werden, regeln diese herunter, damit sie nicht zu heiß werden. Dieser Effekt ist bei allen Maschinen unter dem Begriff Derating bekannt. Aus diesem Grund ist die Kühlung der Spulen vielfach der Schlüssel zu hohen Leistungen, insbesondere auch zu hohen Dauerleistungen. Unsere Wicklungen können ein Vielfaches an Strom – in manchen Fällen bis zu 100 A/mm² – tragen. Eine herkömmliche Außenkühlung, zum Beispiel ein Wassermantelgekühlter Motor, schafft 12 bis 15 A/mm².

KEM Konstruktion: Um die Leistungsfähigkeit der Methode nachzuweisen, haben Sie eine Studie durchgeführt – das sogenannte B1-Projekt. Was genau wurde wie geprüft und zu welchen Ergebnissen sind Sie gekommen?

Naderer: Bei dem B1-Projekt haben wir eine weit verbreitendes Traktionsaggregat aus der Serie im Einsatz in Automobilen mit Capcooltech-Komponenten (Draht und Anschlussbox) umgebaut und ausgiebig getestet. Es wurden circa 80 Messreihen, Leerlauf-, Beharrungs-, sowie Spitzenleistungsmessung auf der Originalmaschine und von uns umgebauten Aggregat durchgeführt. Das Hauptaugenmerk lag auf der Performancesteigerung des B1 und der Ermittlung der Unterschiede zum Original. Die Beharrungs- beziehungsweise Dauermessung ergab, dass der B1 ein Drehmoment von 165 Nm bei einer Wicklungstemperatur von 85 °C erreichte, wohingegen der Originalmotor bei einer Drehzahl von 4500 und 78 Nm eine Wicklungstemperatur von 118 °C aufweist. Die Kühlung des B1 führt die gesamte Wärme ab, in Leerlaufversuchen konnte auch gemessen werden, dass ein sehr kleiner Teil der Eisenverluste abgeführt werden kann. Die Spitzenmessungen bei 500 rpm zeigen, dass für bestimmte Kurzbelastungszyklen die Wassermantelkühlung bei entsprechender Auslegung sogar weggelassen werden kann. Die Spitzenleistungsmessungen zeigten, dass das im Original angegebene Spitzenmoment bei Capcooltech sozusagen als Dauermoment angegeben werden kann. Die möglichen neuen Spitzenmomente liegen, bei darauf abgestimmtem Maschinendesign entsprechend gleichfalls weit höher, Bei den vorliegenden Messungen wurde bei verschiedenen Drehzahlen das Drehmoment stufenweise auf 180 Nm erhöht Der Bereich des Stroms geht beim B1 bis 330 A, beim Originalmotor wegen der erreichten Grenztemperatur bis 190 A.

KEM Konstruktion: Wie wirkt sich Capcooltech auf den Wirkungsgrad des Motors aus?

Hartong: Der Wirkungsgrad ist definiert über Ausgangsleistung an der Welle zur eingehenden elektrischen Leistung an den Klemmen. Durch das höhere Moment ist der Wirkungsgrad des B1 durchaus herzeigbar im Vergleich zum Originalmotor. Bei 1000 rpm ist der Durchsatz der Leistung gegenüber den Verlusten noch geringer. Deshalb auch der moderate Wirkungsgrad beider Maschinen. Bei 4500 rpm haben wir den Messungen gemäß einen Wirkungsgrad von 94%. Bei 165 Nm weist der B1 noch immer einen Wirkungsgrad von 90% auf.

KEM Konstruktion: Für den Einsatz in welchen Branchen beziehungsweise Anwendungen sind E-Antriebe mit einer Innenkühlung der Spulenwicklung geeignet und für welche nicht?

Naderer: Überall wo elektrische Maschinen mit sehr hohen Leistungsdichten, insbesondere Dauerleistungsdichten gefragt sind. Das sind beispielsweise Antriebe in der Luftfahrt, die beispielsweise extrem leicht, effizient und kraftvoll sein müssen. Auch bei Hochtemperaturapplikationen für Vakuum-Pumpen kann die Wärme durch Capcooltech signifikant abgeführt werden. Und auch bei sehr hoch drehenden elektrischen Maschinen, z.B. Motorspindeln, bei denen große Herausforderungen im Bereich mechanische Wellenschwingung auftreten können, sind E-Antriebe mit einer Innenkühlung der Spulenwicklung geeignet. Durch Capcooltech kann die Maschine bis zu 50 % kleiner gebaut und somit anderes ausgelegt werden. Durch eine sehr kompakte Bauweise können die Wellenschwingungen somit massiv reduziert werden. Grundsätzlich können wir alle elektrischen Maschinen mit unserer Capcooltech-Methode ausstatten.

KEM Konstruktion: Dynamic E Flow ist Spezialist für elektrische Sondermaschinen. Oft sind hier die Umgebungsbedingungen rau. Wie sieht es mit Widerstandsfestigkeit, mechanischer Festigkeit sowie Robustheit von Motoren mit Capcooltech-Technologie aus?

Hartong: Durch das Auslesen der Kühlmitteltemperatur am Ein- und Ausgang kann die exakte Temperatur der Wicklungen identifiziert und eingestellt werden. Damit kann durch eine geeignete Regelung die Dehnung in der Isolation reduziert und die Lebensdauer erhöht werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass wir den Motor „vollkapseln“, das heißt, komplett einpacken können um diesen vor einer aggressiven Umgebung, zum Beispiel Säure, zu schützen. Die Capcooltech-Technologie erlaubt es auch bei niedrigen Spannungen sehr hohe Leistungen zu erzielen. Damit können Maschinen realisiert werden, die einen höheren Explosionsschutz aufweisen.

Details zur Capcooltech-Methode von Dynamic E Flow

hier.pro/DqcDe

Kontakt:
Dynamic E Flow GmbH
Martinshof 3
83626 Valley/Holzkirchen
Tel. +49 8024 470–4730
office@dynamiceflow.com
www.dynamiceflow.com


Im Interview

Michael A. Naderer (CEO) und Manuel Hartong (CTO), Dynamic E Flow, Valley

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