Siemens AG Die „moderne Kunst“ der Werkstoffentwickler

Autor / Redakteur: Sebastian Webel / Peter Königsreuther

Neue Materialien sorgen für Fortschritt,heißt es. Siemens-Spezialisten der Sektion Corporate Technology gehören zu den „Werkstoffschneidern“ unserer Zeit. Für die Elektroindustrie etwa, konzipieren sie Kunststoffe mit komplexen Eigenschaften und spezifischer Charakteristik.

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Im Hochspannungslabor bei Siemens in Erlangen werden die Generatorenstäbe extrem hohen Spannungen ausgesetzt, um die Widerstandsfähigkeit der Isolierungen festzustellen.
Im Hochspannungslabor bei Siemens in Erlangen werden die Generatorenstäbe extrem hohen Spannungen ausgesetzt, um die Widerstandsfähigkeit der Isolierungen festzustellen.
(Bild: Siemens AG, Pictures of the Future)

Jeder kommt täglich mit ihnen in Berührung: Kunststoffe. Ob Zahnbürste, Kugelschreiber oder Smartphone – an Plastik, oder wie der Experte sagt: synthetischen Polymeren – führt kein Weg vorbei. Viele dieser alltäglichen Kunststoffe haben einfache Eigenschaften: geringes Gewicht, Dehnbarkeit oder Härte. Weitaus komplexere Eigenschaften aber brauchen Kunststoffe in der Industrie, speziell in der Elektrotechnik. Dort müssen sie elektrisch isolierend, wärme- oder stromleitend, magnetisch, transparent oder auch in besonderem Maße temperaturbeständig sein.

Deshalb entwickelt Siemens Corporate Technology (CT) innovative Rezepturen, die den Kunststoffen neue Eigenschaften verleihen. So ist es beispielsweise für die Effizienzsteigerung in rotierenden elektrischen Maschinen entscheidend, die potienziell geeigneten Kunststoffe in ihrer elektrischen Leitfähigkeit einstellen zu können.

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Kompaktere Generatoren durch Verbundwerkstoffe

Deutlich wird dies am Beispiel des Isolationssystems von Generatoren. Die Siemens-Forscher entwickeln dafpr so genannte feldsteuernde Systeme wie den Enden- und Außenglimmschutz (EGS, AGS). Sie setzen dabei auf neuartige Werkstoffe, um eine effizientere Steuerung des elektrischen Feldes zu erreichen. Diese Materialien bestehen überwiegend aus gezielt dotiertem Zinnoxid oder Siliziumcarbid und werden in eine polymere Matrix, bestehend aus Harz, verschiedenen Additiven, Härter, Katalysator und Lösungsmitteln eingebettet. Die Zusammensetzung bestimmt dann die elektrische Leitfähigkeit sowie die feldsteuernde Wirkung des neuen Verbundwerkstoffes. Dank der Neuentwicklung können die Länge des EGS um ein Drittel reduziert und die Lebensdauer des AGS vervielfacht werden. Konkret heißt das: ein großer Generator kann bei gleicher Leistung kompakter gebaut werden, wodurch Kupfer und Isolationsmaterialien eingespart werden.

Hochspannung offenbart die Möglichkeiten

Bevor die neuen Werkstoffe in die Fertigung gehen, werden sie im Hochspannungslabor in Erlangen auf Herz und Nieren getestet. Transformatoren jagen dazu das Spannungsniveau auf 70 kV hoch und schicken den Strom durch die beschichteten Generatorstäbe. Nur so können die Entwickler die entscheidende Frage beantworten: Wie lange halten die Stäbe diese extreme Belastung durch, und welche Rückschlüsse kann man daraus für die Lebensdauer im alltäglichen Betrieb ziehen?

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