Der Prolemo-Rotor. Ein wichtiger Aspekt des Vorhabens war die Reduzierung des Motorgewichts.
Foto: Arburg

Werkstoffe

Magnetischer Kunststoff macht den Elektromotor leichter

Bei der Validierung eines neuen, leichten und effektiven Elektromotors bewies auch hochspezialisierter Spritzgusswerkstoff von Barlog seine Leistungsfähigkeit.

Elektromotoren mit Hilfe von Kunststoffen leichter und damit effizienter zu machen: Das war das Ziel des Projekts „Produktionstechnologien für effiziente Leichtbaumotoren für Elektrofahrzeuge“ (Prolemo), dessen Ergebnis Arburg bereits 2017 vorgestellt hatte. Ein wichtiger Aspekt des Vorhabens war die Reduzierung des Motorgewichts, „denn je schwerer dessen Komponenten sind, desto höher auch ihr Trägheitsmoment; leichtere Motoren müssen also weniger Energie in die Überwindung ihrer eigenen Massenträgheit stecken“, erläutert Robert Konnerth von Barlog. „So erreichen sie ihre Spitzenleistung schneller – ideal zum Beispiel für Servomotoren.“

Dank Kunststoff bis zu 24 % leichter

Dank 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 in der Spritzeinheit einer Arburg Spritzgießmaschine.

Eine der zentralen Innovationen des Prolemo-E-Motors: An Stelle eines einzigen kompakten Rotors finden sich hier acht segmentierte Rotorscheiben, für die die Entwickler auf eine leichte, spritzgießgerechte 2K-Konstruktion mit einer speziell angepassten Außenkontur und einem Kern aus einem glasfaserverstärkten und wärmebeständigen Kunststoff zur Anbindung an die Rotorwelle setzten. Diese durchdachte Konstruktion löst 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 Kebablend/ MW 53.2000 PPS. Dabei handelt es sich um einen weichmagnetischen PPS-Compound zur Magnetflussführung.

Vorteile (weich-) magnetischer Kunststoffe von Barlog

Die Mitglieder der Kebablend/MW-Familie lassen sich nicht nur hervorragend im wirtschaftlichen Spritzgussverfahren verarbeiten: Sie zeichnen sich vor allem durch eine kundenspezifisch maßgeschneiderte magnetische Permeabilität und Sättigungsflussdichte aus. Zudem überzeugen kunststoffgebundene Weichmagnete aus Kebablend/ MW-Compounds mit ihren mechanischen Eigenschaften:

Gute Zähigkeit und eine gleichzeitig hohe Festigkeit lassen unter anderem auch eine nachträgliche mechanische Bearbeitung der Spritzgussbauteile zu. Gesinterten Ferritmagneten sind sie nicht nur im Blick auf ihre mechanischen Eigenschaften weit überlegen; im Vergleich zu diesen überzeugen sie außerdem durch eine höhere Gestaltungsfreiheit – im konkreten Fall u.a. bei der Ausgestaltung feiner Nuten zur spielfreien Aufnahme weiterer Motorkomponenten.

Vorteile durch Wirtschaftlichkeit und Gestaltungsfreiheit

„Dieses Projekt ist ein hervorragendes Beispiel für das, was wir unseren Kunden mit unseren magnetisierbaren oder weichmagnetischen Kebablend/MW-Werkstoffen anbieten können“, erläutert Robert Konnerth. „Die Wirtschaftlichkeit und Gestaltungsfreiheit des Spritzgusses unter anderem in der Sensor- und Aktuator-Technologie nutzen, um innovative Produkte zu schaffen. Weichmagnetische Werkstoffe, auch SMC genannt für softmagnetic compounds, sind durch kleine Koerzitivfeldstärken und Remanenzen gekennzeichnet. Einfach ausgedrückt, besitzen weichmagnetische Werkstoffe keine permanente magnetische Kraft wie Dauer- oder Hartmagnete. Sie sind daher besonders gut für Anwendungen geeignet, die eine ständige Ummagnetisierung erfordern. Dafür ‚verstärken‘ oder führen sie äußere Magnetfelder, je nach Werkstoffpermeabilität. Sie helfen also, Magnetfeldlinien auszurichten“, so Konnerth.

Das ist auch die Aufgabe des Kebablend/ MW-Compounds im Prolemo-Rotor. Andere Anwendungen, bei denen diese Eigenschaft wichtig ist, sind das Induktive Laden bzw. die kontakt- oder berührungslose Energieübertragung, etwa in Handyladegeräten, sowie die effektive Abschirmung von Elektromagnetischen Feldern ohne schwere metallische Einleger – Stichwort ‚EMV-gerechte Bauteilauslegung‘.

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