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Simulation der Wicklungsübertemperatur in Abhängigkeit der thermischen Leitfähigkeit des Isoliermittels
Innovative Wicklungsisolation auf der Basis keramikähnlicher Kompositsysteme für energieeffiziente und hochausgenutzte elektrische Maschinen und Komponenten (InnoWilso)
Drittmittelprojekt mit Industriebeteiligung

Prof. Dr.-Ing. Thomas Schuhmann

M.Sc. Sören Miersch
Dipl.-Ing. Uwe Schuffenhauer

Das Forschungsprojekt „lnnoWilso" beschäftigt sich mit der Entwicklung innovativer Wicklungsisolationssysteme auf Basis keramikähnlicher Kompositsysteme für den Einsatz in energieeffizienten und hochausgenutzten elektrischen Maschinen und Kom­ponenten. Es verfolgt damit einen interdisziplinären FuE-Ansatz auf den Gebieten der Materialwissenschaft und des Maschinenbaus.

Zur Wicklungsisolation in elektrischen Maschinen eingesetzte Flächenisolierstoffe, Imprägnier- und Vergussmassen weisen nur geringe Wärmeleitfähigkeiten auf. Zudem ergeben sich Einschränkungen aus der zulässigen thermischen Belastbarkeit. Aus den schlechten Wärmeübertragungsbedingungen resultieren starke Temperaturgradienten bzw. Hotspots innerhalb der Wicklung.

Auf Basis gefüllter Polysiloxan-Komposite sind Imprägnier- und Vergussmassen für die Leiterisolation sowie spritzgießfähige Werkstoffe zur Isolation des Elektroblechpaketes zu entwickeln. Als Füllstoffe werden z. B. Al2O3, AlN, BN oder SiC verwendet. In Abhängigkeit des Füllgrades sind die neuartigen Isolierwerkstoffe bzgl. ihrer rheologischen, thermophysikalischen, mechanischen und elektrischen Eigenschaften zu charakterisieren und auf den jeweiligen Isolierprozess abzustimmen. Die Kontaktwiderstände im Gesamtverbund der elektrischen Wicklung sollen minimiert werden. Für den Nachweis der Eignung der entwickelten Materialen und Isoliertechnologien erfolgen der Aufbau und die experimentelle Untersuchung von Versuchsmustern und Demonstratoren. Numerische Modelle dienen dem Aufzeigen der Wirksamkeit der entwickelten Werkstoffe und Technologien. Sie bilden die Basis für die Ableitung analytischer Modelle zur praxisnahen Berechnung der Temperaturverteilung in elektrischen Wicklungssystemen mit gefüllten Isolierwerkstoffen.

Ein wesentliches Projektziel ist die Anhebung des Wirkungsgrades elektrischer Maschinen mittlerer Leistungsklasse, die der Energieeffizienzklassifizierung unterliegen, um bis zu einen Prozentpunkt. Bei hochausgenutzten elektrischen Antrieben, beispielsweise für den Einsatz in der Elektromobilität, wird eine Steigerung der Leistungsdichte um mindestens 10 % angestrebt. Das Ergebnis des Forschungsvorhabens werden neuartige keramikähnliche Isolierwerkstoffe für elektrische Maschinen und elektrotechnische Komponenten sein, die zu mehr Energie- und Materialeffizienz beitragen.


AiF

Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS, VEM motors Thurm GmbH, IAV GmbH, Hugo Stiehl Kunststoffverarbeitung GmbH, Hans Mayer Elektrotechnik GmbH, Breuckmann GmbH & Co. KG

01.03.2019 bis 28.02.2021