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Das etwas andere Blechpaket

Elektromotoren: Das Innenleben lässt sich an besondere Anforderungen anpassen
Das etwas andere Blechpaket

Moderne Fertigungstechnologien für kleine, gestanzte Elektroblechpakete erleichtern den Bau miniaturisierter und effizienter Motoren. Die Lamellenpakete können sogar die Form eines gefrästen oder gedrehten Teiles annehmen.

Minimal-invasive Eingriffe sowie Systeme und Lösungen, die möglichst autonom arbeiten und Körperfunktionen rund um die Uhr unterstützen: Das sind neue Entwicklungen in der Medizintechnik, für die Komponenten wie Sensoren, Motoren, Batterien und andere so klein wie irgend möglich ausfallen müssen.

Um diesen Anforderungen zu entsprechen, sind neue Konzepte für kleine Elektromotoren erforderlich. Um zum Beispiel in einer zentralen Blutpumpe, die das menschlich Herz unterstützt, eingesetzt zu werden, in einem unterstützenden Aggregat oder einer Dosierpumpe, müssen Elektromotoren eine möglichst hohe Leistungsdichte und damit minimale Baugröße mitbringen. Um Abwärme zu vermeiden und die Batterie zu schonen, muss der Motor hocheffizient arbeiten. Zuverlässig und sicher soll er sein und möglichst eine an das Gehäuse angepasste Bauform haben.
Diese Vielzahl von Anforderungen ist nur mit neuen Ansätzen zu erfüllen. Doch sind die Möglichkeiten, wie sich auch maßgeschneiderte Motorenkonzepte umsetzen lassen, noch zu wenig bekannt. Eine wichti- ge Rolle dabei spielt das Elektroblechpaket. Es kann als Rundstator, als Magnetträger, Rotor oder als Stator mit Rückschluss ausgeführt sein und beeinflusst sowohl die magnetischen und elektrischen Eigenschaften als auch die mechanische Auslegung des Gesamtmotors.
Setzt man sich frühzeitig in der Entwicklung mit den Optionen auseinander, die es für das Elektroblechpaket gibt, kann es im Gesamtdesign anders eingeplant werden – was letztlich neue Möglichkeiten für das Produkt ergibt und zu einer besseren Lösung führen kann. Dabei gibt es mehrere Ansatzpunkte, um das Elektroblechpaket nach den jeweiligen Erfordernissen zu gestalten. Die Auswahl des Materials ist der erste Aspekt. Vom Werkstoff hängen die magnetischen Eigenschaften ab, und auch die passende Beschichtung und Isolation zwischen den Blechlamellen gilt es zu wählen. Dünne Elektrobleche ab 0,1 mm Dicke lassen sich heute sicher und sauber stanzen und verbessern die magnetischen Eigenschaften des Blechpaketes.
Ein zweiter Aspekt ist das systematische oder stochastische Verdrehen der einzelnen Blechlamellen gegeneinander. In einer intelligenten Fertigungsanlage lässt sich jedes einzelne Blech in einem exakten Winkel zum vorherigen drehen. Je nach Zielsetzung kann so ein magnetisch isotropes Elektroblechpaket aufgebaut werden. Es ist sogar möglich, einen präzisen Drall zu erzeugen, wo die einzelnen Blechlamellen nur um wenige Hundertstel Grad gegeneinander verdreht werden. Durch das Verdrehen lässt sich auch das Problem der Keilförmigkeit einfach beherrschen, und es entsteht ein exakt formgenaues Blechpaket. Für asymmetrische Bauteile wie zum Beispiel Ankerpakete können heute komplexe Stapelfolgen von Blechlamellen erzeugt und zuverlässig verbunden werden. Damit kommt man zu Blechpaketen, deren Form an das Gesamtdesign angepasst ist und die den magnetischen Fluss optimal leiten.
Der dritte Aspekt ist die Verbindung der Blechlamellen untereinander. Hier wird sich Backlack als zukunftsweisendes Verfahren mit vielen Vorteilen weiter etablieren. Mit Backlack beschichtete Elektroblechlamellen werden zu einem hochpräzisen und hochstabilen, weitgehend kurzschlussfreien Blechpaket verbunden. Der Einsatz von Rohmaterial mit Backlack muss dabei so gut beherrscht werden, dass kein Lack austritt und dennoch eine saubere chemische Verbindung entsteht. Damit die oft sehr engen Toleranzen im Innen- und Aussendurchmesser prozessfähig eingehalten werden können, müssen das Backwerkzeug und die Backparameter hohe Anforderungen erfüllen. Kalibriert werden kann sowohl auf das Innen- als auch auf das Außenmaß.
Das gebackene Elektroblechpaket hat den Vorteil, dass es sehr fest ist und mechanisch nachbearbeitet werden kann. Ebenfalls lässt sich das Blechpaket überschleifen oder überdrehen, um eine sehr exakte Konzentrizität zwischen Innen- und Aussendurchmesser zu erreichen. Damit sind kleinste Toleranzen möglich, die zum Beispiel einen prozesssicheren Drehmomentschluss zwischen dem Statorpaket und dem Gehäuse ermöglichen.
Zusätzlich eröffnet sich die Möglichkeit, direkt in das Blechpaket zum Beispiel eine Nut als Drehmomentübergabe einzufräsen. Auch Löcher für die Aufnahme von kleinen Temperatursensoren können gebohrt werden, was die Baugruppe vereinfacht. Darüber hinaus entfallen zusätzliche Arbeitsschritte. Ein Rotorpaket lässt sich auch mit einer Formbohrung versehen, also einer Bohrung mit einem klar bestimmten Drehmomentfenster zwischen Welle und Blechpaket. Die Welle kann kalt gefügt werden, so dass eine vordefinierte Drehmomentübergabe über den gesamten Toleranzbereich sichergestellt ist. Neben den beschriebenen gibt es viele weitere Möglichkeiten, die Baugruppe zu vereinfachen.
Die SWD AG Stator- und Rotortechnik in Densbüren/Schweiz setzt die beschriebene Technik ein und verfügt über langjährige Erfahrung in der Medizintechnik, wobei die bearbeiteten Projekte von der Entwicklung und den Prototypen bis zur Produktion von Blechpaketen in Serie reichen.
Thomas Stäuble SWD, Densbüren/Schweiz
Weitere Informationen Über den Blechpakethersteller: www.swdag.ch

Ihr Stichwort
  • Blechpakete für miniaturisierte Motoren
  • Verbinden der Lamellen mit Backlack
  • Blechpaket für spezielle Bauformen fräsen oder schleifen
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