Auch in einem E-Motor entsteht Wärme. Mitunter nicht wenig. Bei hoher dynamischer Belastung begrenzt meist die höchste zulässige Temperatur in der Kupferwicklung die maximal mögliche Dauerleistung. Sobald der kritische Temperaturbereich erreicht wird, greift die elektronische Motorsteuerung ein und begrenzt die Leistung, damit der Antrieb keinen Schaden nimmt. Doch es gibt eine clevere Möglichkeit, einen E-Motor vor dem Überhitzen zu schützen, ohne dabei Leistung zu verlieren – den Einsatz eines wärmeleitfähigen Gießharzes als Wärmetransfermedium. Das Prinzip kann man auch als statisches Feststoff-Kühlsystem bezeichnen.
Für den Nutzer eines E-Motors ist es immer wünschenswert, dass der wärmetechnisch kritische Betriebspunkt in weiter Ferne liegt und die Leistung nicht reduziert werden muss. Dieser Gedanke brachte Uwe Köhler bereits in den 1990er Jahren auf die Idee, wärmeleitfähige Gießharze zu entwickeln. Inzwischen hat er mit Lambdapox ein Produkt geschaffen, das eine Wärmeleitfähigkeit Lambda von 8 W/m*K bietet. Dieser Maximalwert ist jedoch kein Muss.
Harz ermöglicht Dauerbetrieb mit hoher Leistung
Das Harz ist in der Lage, E-Motoren thermisch zu stabilisieren und damit einen Dauerbetrieb auf hohem Niveau zu ermöglichen. Zuverlässig, effektiv und ohne großen technischen Aufwand. Dafür wird die Statorwicklung des Motors im Vakuumverfahren mit Harz vergossen. Der Effekt: Die Wärme strömt viel schneller in den umgebenden Kühlmantel. Wärmestaus in der Wicklung lassen sich so vermeiden. Eine Alternative dazu ist die Fremdkühlung mit Öl. Doch darauf basierende Systeme haben den Nachteil eines höheren technischen Aufwands. Zudem besteht die Gefahr von Öllecks.
Vertrieb und Kundenbetreuung erfolgen über das Start-up Lambda Resins in Kerpen. Das junge Unternehmen ist ein Joint Venture zwischen Lambdapox-Erfinder Köhler und der Firmengruppe Nagel aus Nürtingen. Die Schwaben haben über ihr Gruppenunternehmen Gehring Technologies auch Fertigungslinien für E-Motor-Statoren im Portfolio.
Auf Kundenbedarf abgestimmt
Jeder Anwendungsfall hat seine eigenen Rahmenbedingungen. Daher stimmt Lambda Resins das Gießharz stets auf den Kundenbedarf ab. Variabel ist beispielsweise die Wärmeleitfähigkeit – grundsätzlich möglich sind Lambda-Werte im Bereich von 2,0 bis 8 W/m*K. Eine andere variable Größe ist die Isolierstoffklasse nach DIN EN 60085 – wobei die Isolierstoffklasse H bis 180 °C als Standard realisiert wird. Lambdapox übersteht laut Anbieter problemlos den Wärmeschocktest von -40 bis über 180 °C. Die früher bei Vergussmaterialien im Rahmen dieser Tests oftmals beobachtete Rissbildung ist diesem Harz gänzlich fremd. „Unser Gießharz bewirkt eine Reduzierung der Temperaturen im Wickelkopf um bis zu 60 °C bei gleicher Last“, hebt Uwe Köhler die Vorteile hervor. „Bei unverändertem Design erreichen die Motoren bis zu 50 Prozent höhere Dauerleistung bei gleicher thermischer Belastung.“ Wird das Motordesign – speziell bei den Gehäusekonturen – für den Verguss mit Lambdapox optimiert, sind sogar bis zu 80 % drin.
Das Gießharz eignet sich für sämtliche Hochleistungsmotoren, etwa in der Produktionsindustrie, vor allem aber auch in E-Fahrzeugen. Der Fokus kann entweder auf maximaler Leistung liegen, oder auf einem geringeren Raumbedarf bei unveränderter Leistung. Ersteres ermöglicht leistungsgesteigerte Varianten eines bereits bestehenden Motors, ohne dass es einer Neuentwicklung bedarf. Letzteres führt zu einem günstigeren Aggregat und auch zu einem niedrigeren CO2- Fußabdruck pro kW Motorleistung.
Reichweite steigt
Gerade die Elektromobilität profitiert vom Einsatz des Gießharzes. Eine geringere Motorerwärmung bewirkt einen höheren Wirkungsgrad und damit einen geringeren Energiebedarf. Als Resultat steigt die Reichweite des Fahrzeugs.
Die Vorgehensweise bei Kundenprojekten beschreibt Uwe Köhler so: „Wir besprechen mit dem Kunden zunächst seine Konstruktion und planen dann, wie der Verguss durchzuführen ist. Danach erstellen wir Prototypen und überprüfen die Leistung auf dem Prüfstand. Der gesamte Prozess von der Anfrage bis zum Prüfstand nimmt in der Regel wenige Wochen bis maximal etwa drei Monate in Anspruch.“ Für den Gießprozess sind speziell auf das Vergussmaterial abgestimmte Anlagen nötig. Sie sichern das zuverlässige Verarbeiten auch in der automobilen Großserie.
Nachfrage aus Automobilindustrie und dem Maschinen- und Anlagenbau
Die Nachfrage nach der innovativen Vergusstechnologie ist bereits groß. So gibt es Entwicklungsprojekte mit Premiumherstellern aus der europäischen Automobilindustrie oder großen deutschen Herstellern von E-Antrieben für die Automatisierung und Robotik. Die Gründe dafür: Hohe Wirkungsgrade, optimierte Baugrößen, schnelle Umsetzung und geringe Kosten sowohl für die Anschaffung als auch im Betrieb. Das sind Trendthemen – bei mobilen und bei stationären Motoren.
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