Fraunhofer Ifam Gegossene Aluminiumspulen ersetzen Kupferspulen

Erstmals ist eine Aluminiumwicklung im Lost Foam-Gießverfahren für Großmotoren gelungen. Die Aluminiumspule wurde für einen Bahnantrieb hergestellt, anschließend verbaut und jetzt erfolgreich getestet.

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Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angew. Materialforschung - IFAM -

Für die erste gegossene Aluminiumspule hat das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung Ifam mit der Lloyd Dynamowerke, Bremen, zusammengearbeitet. Ergebnis: Ein technisch besserer Ersatz für die ursprünglich eingesetzten Kupferspulen ist gelungen. Der Füllfaktor und die Kühlleistung konnten durch die Gestaltungsfreiheit in der Gießtechnik deutlich gesteigert werden. Der Einsatz von Aluminiumspulen ermöglicht darüber hinaus eine Senkung der Rohstoffkosten und des Gewichts.

Fertigungstechnische Umsetzung – Gießen statt Wickeln

Die Anforderungen an die Wicklungen elektrischer Maschinen sind vielfältig. Neben einem hohen Füllfaktor zur Minimierung des Leiterwiderstands müssen auch eine ausreichende Kühlung und die Reduzierung frequenzabhängiger Zusatzverluste gewährleistet sein. Gleichzeitig sollte der Herstellungsprozess so flexibel und kostengünstig wie möglich sein.

Am Fraunhofer Ifam wurde daher ein Verfahren zur gießtechnischen Herstellung von Spulen entwickelt, mit dem bedeutende Vorteile gegenüber allen bekannten Wickeltechniken erzielt werden. Bei konventionell gewickelten Spulen wird im Durchschnitt ein Nutfüllfaktor von etwa 50 % erreicht. Die weitgehend frei gestaltbare Leitergeometrie in der Gießtechnik ermöglicht die Realisierung von Füllfaktoren über 90 %.

Gießen ermöglicht Leiterquerschnitte von circa 4 mm² bis hin zu mehreren Hundert mm²

Als Gießverfahren wird das Feingussverfahren oder das Lost-Foam-Verfahren eingesetzt. Um die Einbringung des Formmaterials beziehungsweise des Formstoffes zu ermöglichen, wird die dargestellte Leitergeometrie gestreckt und mit einem Angusssystem versehen.

Die Streckung der Spule ermöglicht auch das anschließende Aufbringen einer Isolationsbeschichtung, wobei abhängig von den Anforderungen in Bezug auf Spannungsfestigkeit, Schichtdicke und Temperaturbeständigkeit verschiedene Verfahren eingesetzt werden können. Leiterquerschnitte von circa 4 mm² bis hin zu mehreren Hundert mm² lassen sich damit realisieren. Die in der konventionellen Wickeltechnik zwangsläufig einzuhaltenden Biegeradien entfallen dabei vollständig.

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