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Kunststoff Magnetisches Spezialcompound ermöglicht Leichtbaumotor für E-Fahrzeuge

| Redakteur: Peter Königsreuther

Arburg hat zusammen mit Partnern einen leichten und effektiven Elektromotor geschaffen. Ein Enabler für die Forderung nach Leichtigkeit war der Spezialkunststoff Kebablend von Barlog. Diese Vorteile bringt er mit sich...

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Kebablend / MW 53.000 ist ein magnetischer Compound aus dem Kunststoff PPS und weichmagnetischem Füllstoff von Barlog. Er kann spritzgegossen werden. Die Rotorscheiben für den Leichtbaumotor aus dem „Prolemo“-Projekt für Elektrofahrzeuge sind aus diesem Material gefertigt. Der Motor ist deshalb um 24 % leichter als übliche Servomotoren.
Kebablend / MW 53.000 ist ein magnetischer Compound aus dem Kunststoff PPS und weichmagnetischem Füllstoff von Barlog. Er kann spritzgegossen werden. Die Rotorscheiben für den Leichtbaumotor aus dem „Prolemo“-Projekt für Elektrofahrzeuge sind aus diesem Material gefertigt. Der Motor ist deshalb um 24 % leichter als übliche Servomotoren.
(Bild: Barlog Plastic Compounds)

Elektromotoren mithilfe von Kunststoffen leichter und damit effizienter zu machen war das Ziel des Projekts „Produktionstechnologien für effiziente Leichtbaumotoren für Elektrofahrzeuge“ (kurz Prolemo), dessen Ergebnis Arburg bereits 2017 vorgestellt hatte. Ein wichtiger Aspekt des Vorhabens war, wie es heißt, die Reduzierung des Motorgewichts. Denn je schwerer dessen Komponenten sind, desto höher ist auch ihr Trägheitsmoment. Das bedeutet, dass leichtere Motoren weniger Energie in die Überwindung ihrer eigenen Massenträgheit stecken müssen, erklärt Robert Konnerth von Barlog. So erreichen sie ihre Spitzenleistung schneller – ideal zum Beispiel für Servomotoren. Aufgrund vieler neuer Konzepte konnte beim Prolemo-Motor im Vergleich zu klassischen Servomotoren eine Gewichtseinsparung von insgesamt bis zu 24 % realisiert werden – bei gleicher Leistung wohlgemerkt. Derzeit befindet sich der neue E-Motor im Langzeittest – unter anderem im Antrieb der Spritzeinheit einer Arburg-Spritzgießmaschine.

Neues Motorkonzept mit acht Rotorscheiben

Eine der zentralen Innovationen des Prolemo-E-Motors ist, dass Anstelle eines einzigen kompakten Rotors acht segmentierte Rotorscheiben verbaut sind. Zur Anbindung an die Rotorwelle setzten die Entwickler diese auf eine leichte, spritzgießgerechte 2-K-Konstruktion mit einer speziell angepassten Außenkontur und einem Kern aus einem glasfaserverstärkten und wärmebeständigen Kunststoff, heißt es weiter. Diese Konstruktion löse den klassischen Aufbau aus schweren Blechpaketen ab. Zur Fertigung des äußeres Rings des Rotors, der kraftschlüssig mit dem Inneren verbunden ist und über Nuten für das nachträgliche Einstecken von Permanentmagneten versehen ist, testen seine Erfinder nun auch das Barolog-Compound Kebablend / MW 53.2000 PPS. Dabei handelt es sich um einen weichmagnetischen PPS-Compound zur Magnetflussführung.

PPS-Compound ist mechanisch und einsatztechnisch der Überlegene

Die Mitglieder der Kebablend-/-MW-Familie sollen sich nicht nur hervorragend im wirtschaftlichen Spritzgussverfahren verarbeiten lassen. Sie zeichnen sich laut Hersteller vor allem durch eine kundenspezifisch maßgeschneiderte magnetische Permeabilität und Sättigungsflussdichte aus. Auch gelten die kunststoffgebundenen Weichmagnete aus Kebablend-/-MW-Compounds als mechanisch belastbar. Sie sind zäh und haben gleichzeitig eine hohe Festigkeit. Eine nachträgliche mechanische Bearbeitung der Spritzgussbauteile sei deshalb möglich. Gesinterten Ferritmagneten, sagt Barlog, sind sie deshalb nicht nur im Blick auf ihre mechanischen Eigenschaften weit überlegen: im Vergleich zu den herkömmlichen Typen bringen sie eine höhere Designfreiheit mit – im konkreten Fall unter anderem bei der Ausgestaltung feiner Nuten zur spielfreien Aufnahme weiterer Motorkomponenten.

Weichmagnetisches punktet bei ständiger Ummagneitisierung

„Dieses Projekt ist ein hervorragendes Beispiel für das, was wir unseren Kunden mit unseren magnetisierbaren oder weichmagnetischen Kebablend-/-MW-Werkstoffen anbieten können“, erläutert Konnerth. Weil das Material im besonders wirtschaftlichen Spritzguss verarbeitet werden kann, kann man Kebablend-Systeme unter anderem auch in der Sensor- und Aktuatortechnologie nutzen, um Neues zu schaffen. Weichmagnetische Werkstoffe (softmagnetic compounds = SMC), sind durch kleine Koerzitivfeldstärken (je kleiner diese ist, umso schneller entmagnetisiert ein Werkstoff unter Einwirkung eines Gegenfeldes) und Remanenzen (Restmagnetisierung) gekennzeichnet. Einfach ausgedrückt: weichmagnetische Werkstoffe üben keine permanente wirkende magnetische Kraft wie Dauer- oder Hartmagnete aus. Sie sind deshalb besonders gut für Anwendungen geeignet, die eine ständige Ummagnetisierung erfordern, sagt Barlog. „Dafür ‚verstärken‘ oder führen sie äußere Magnetfelder, je nach Werkstoffpermeabilität sehr gut. Sie helfen also dabei, die Magnetfeldlinien auszurichten“, erläutert Konnerth.

Nicht nur für Motoren ein vielversprechender Werkstoff

Und genau das ist auch die Aufgabe des Kebablend-/-MW-Compounds im Prolemo-Rotor. Andere Anwendungen, bei denen diese Eigenschaft wichtig sein könnte, seien das induktive Laden beziehungsweise die kontakt- oder berührungslose Energieübertragung, etwa in Handyladegeräten sowie die effektive Abschirmung von Elektromagnetischen Feldern ohne schwere metallische Einleger – Stichwort EMV-gerechte Bauteilauslegung, so Barlog.

Derzeit umfasst die Kebablend-/-M- und -MW-Produktreihe von Barlob Plastics Compounds aus einer Vielzahl von Trägerpolymeren wie PA6, PA12, PPS oder PPA und diversen weichmagnetischen Füllstoffen wie Eisenpulver sowie „harten“ Magnetwerkstoffen wie Bariumferrit oder Seltenerd-Verbindungen, die erst im Spritzgusswerkzeug magnetisiert werden. Alle diese Compounds lassen sich, etwa im Blick auf ihre mechanischen wie magnetischen Eigenschaften, im Detail auf die Bedürfnisse des Kunden zuschneiden.

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