E-Mobilität ist weiter auf dem Vormarsch: Laut einer Studie der IEA (Internationale Energieagentur) waren 2021 weltweit rund 16,5 Mio. E-Autos auf den Straßen unterwegs - dreimal so viel wie noch im Jahr 2018. Prognosen gehen davon aus, dass der Anteil bis 2030 auf 116 Mio. Elektroautos ansteigen wird.
Doch so erfolgreich die Elektromobilität auch ist – Hersteller haben immer noch mit Herausforderungen zu kämpfen, um Bedenken von potentiellen Käufern bei der Anschaffung eines Elektroautos auszuräumen.
Die Aufgabenfelder liegen vor allem in der Steigerung der
Effizienz,
Zuverlässigkeit,
Nutzerfreundlichkeit und
Sicherheit.
Seit Anfang an begleitet Schunk die Elektromobilität als Entwicklungspartner und Zulieferer der Automobilindustrie mit. Wir kennen daher die Herausforderungen unserer Kunden sehr genau und haben gemeinsam mit ihnen Lösungen entwickelt, um Elektromobilität und Elektrofahrzeuge noch attraktiver zu machen.
Erfahren Sie hier,
wie sich die Effizienz von Hochleistungsmotoren steigern lässt,
wie sich die Zuverlässigkeit von Elektromotoren optimieren lässt,
wie der Ladevorgang von Elektroautos nutzerfreundlicher wird,
wie Lithium-Ionen-Batterien für Elektrofahrzeuge sicherer werden.
Wie lässt sich die Effizienz von Hochleistungselektromotoren steigern?
Höchste Effizienz bei kleinstem Bauraum – so lautet die Anforderung an Hochleistungsmotoren von Elektrofahrzeugen. Entscheidenden Vorteil verschafft hier ein Bauteil, das bei Permanentmagnet-Synchronmotoren zum Einsatz kommt. Die Rede ist von der Rotorbandage. Sie sorgt dafür, dass bei höchsten Rotationsgeschwindigkeiten die Antriebsmagnete des Elektromotors zuverlässig am Rotor fixiert bleiben.
Aber mit der gewünschten Effizienz entstehen auch besondere Anforderungen an das Bauteil. Denn Motoreffizienz bedeutet gleichzeitig Hochgeschwindigkeit. „Wir sprechen hier von Radialgeschwindigkeiten von über 150 m/s und den damit einhergehenden Zentrifugalkräften auf die Magneten,“ erklärt Volker Bier, Senior Manager „New Business & Technology“ bei Schunk. „Um zu verhindern, dass die Magnete bei diesen Geschwindigkeiten ‚abheben‘, kommen kohlenstofffaserverstärkte Armierungs- oder Rotorbandagen zum Einsatz.“
-> Warum Armierungshülsen aus CFK für Höchstleistungen konzipiert sind und wo ihre Vorteile im Gegensatz zu metallischen Varianten liegen, erfahren Sie detailliert in unserem Blog Post: Effiziente Hochleistungsmotoren für kleinesten Bauraum.
Zwei Herausforderungen bei der Herstellung von Rotorbandagen
Bei der Entwicklung ist die Rotorbandage so auszulegen, dass sie
sowohl bei -40 Grad Celsius als auch bei bis zu +220 Grad Celsius funktioniert, und
ohne Beschädigung auf den Rotor montiert werden kann.
In der Umsetzung sind höchste Präzision bei der Fertigung des Bauteils sowie entsprechende Werkstoffeigenschaften gefragt, um allen Qualitätsanforderungen gerecht werden.
Wie kommt die Bandage auf den Rotor?
Um die Bandage eines schnell drehenden Rotors wirksam auszulegen, muss sie mit definierter Vorspannung auf den Rotor montiert sein und diesen über die gesamte Länge des Rotors umfassen.
Die definierte Vorspannung wird durch Toleranzen von Rotor und Bandage beeinflusst. Sind die Fertigungstoleranzen beider Komponenten zu groß, wird die Vorspannung bei bestimmten Paarungen zu groß oder zu klein.
Um Kunden über die Hürde „wie kommt die Bandage auf den Rotor?“ zu bringen, hat Schunk das Aufpressen von Bandagen auf Rotoren als Servicedienstleistung entwickelt.
Es umfasst:
FE-Simulation zur Festlegung von Material, Wanddicke und Vorspannung der Hülse
Herstellung von Prototypen
Montageservice, insbesondere Aufpressversuche
Prüfdienstleistungen inkl. Pilotproduktion zur Produktvalidierung
Wie lässt sich die Zuverlässigkeit von Elektromotoren optimieren?
Die in einem Hybrid- oder Batteriefahrzeug eingesetzte Leistungselektronik simuliert den benötigten Wechselstrom durch eine spezielle Technik, die sogenannte Pulse-Width-Modulation (PWM). Durch den geringen Abstand zwischen Stator und Rotor ergibt sich eine relativ hohe Kapazität zwischen diesen Motorteilen, welche die Übertragung der durch die PWM verursachten, hochfrequenten Signale unterstützt, was schließlich zur sogenannten kapazitiv-parasitären Wellenspannung führt.
„Die Folgen dieser elektrischen Funkenbildung sind beschädigte oder sogar gebrochene Kugellager,“ weiß Schunk Experte Markus Weber. „Das Problem für unsere Kunden: Kugellager sind schwer zugänglich und teuer im Austausch. Hinzukommen oft EMV-Probleme, die einerseits zu Überschreitungen von vorgeschriebenen Grenzwerten führen und andererseits eine Störung von in der Nähe des Elektromotors befindlichen Sensoren verursachen können (autonomes Fahren.)
Um diese Probleme zu vermeiden, setzen viele unserer Kunden daher auf Wellenerdungssysteme, die durch Kurzschließen der Welle die parasitären Wellenspannungen zuverlässig ableiten.“
Schunk hat verschiedene Lösungen der Wellenerdung für alle Bauformen und Einbausituationen entwickelt, um
die Lebenszeit von Kugellagern zu erhöhen,
Reklamationen und Rückrufaktionen zu vermeiden und
Elektromobilität zuverlässiger zu machen.
Und so funktionieren Wellenerdungssysteme aus Graphit:
Wie wird der Ladevorgang von Elektroautos nutzerfreundlicher?
Lange Ladezeiten sind ein Kriterium, das immer noch viele Autofahrer am Umstieg auf ein Elektrofahrzeug abhält. Schnellladelösungen könnten hier Abhilfe schaffen, aber Automobilexperten sind sich einig: Mit der gängigen Plug-In-Ladeinfrastruktur ist das nicht realisierbar. „Wir arbeiten daher an einer kabellosen Schnellladelösung für PKW, die das Aufladen der Batterie von etwa 100 kWh Kapazität in nur wenigen Minuten ermöglicht. Dies erfordert eine Ladeleistung von bis zu 1 Megawatt,“ erklärt Ahmad Kamar, der die Entwicklung des Schnellladesystems von Schunk vorantreibt. „Und die kurze Ladezeit hat noch einen positiven Nebeneffekt – nämlich eine höhere Reichweite von 600 Kilometern und mehr.“
Der Underbody Charger orientiert sich an der Schunk Smart Charging-Technologie, die beim Laden von Elektrobussen mittlerweile auf der ganzen Welt zum Einsatz kommt.
Der Underbody Charger orientiert sich an der Schunk Smart Charging-Technologie, die beim Laden von Elektrobussen mittlerweile auf der ganzen Welt zum Einsatz kommt.
Wie werden Lithium-Ionen-Batterien für Elektrofahrzeuge sicherer?
Der steigende Innovationsdruck im Bereich E-Mobilität geht mit einem wachsenden Bedarf an schnell verfügbaren Testkapazitäten für das Prüfen von Lithium-Ionen-Batterien für Fahrzeuge einher. Stehen diese nicht zur Verfügung, liegen die Folgen auf der Hand: Zeit- und kostenintensive Verzögerungen beim Produktlaunch. Unzureichend oder fehlerhaft durchgeführte Tests erhöhen zudem das Risiko von Unfällen.
Abhilfe schafft hier ein mobiles Prüflabor, das Weiss Technik gemeinsam mit DSA entwickelt hat. Kompakt und in nur einem Tag prüfbereit integriert das Testsystem Prüfkammer, Prüftechnik und Bedienplatz in einem Container. „Mit unserem mobilen Prüflabor lassen sich nicht nur bestehende Prüfkapazitäten erweitern. Es kann auch als schneller Ersatz für kurzfristig ausgefallene Prüfanlagen und zum kostengünstigen Aufbau neuer Prüfstandorte dienen – zum Beispiel für Start-Up-Unternehmen,“ so Jürgen Plumm, Product and Application Manager für den Bereich Battery Testing bei Weiss Technik.
Das mobile Prüflabor von Weiss Technik ermöglicht normgerechte Prüfungen und erfüllt alle erforderlichen Sicherheitsvorgaben.
