News Forschung und Entwicklung

Der Verzicht auf die Verwendung Seltener Erden in Elektromotoren bietet den Unternehmen zahlreiche Vorteile in Bezug auf Wirtschaftlichkeit, Verwaltung und Nachhaltigkeit.

Die wichtigsten Vorteile für Unternehmen:

• Der Verzicht auf Seltene Erden senkt die Produktionskosten und damit die Endkosten des Produkts
• Die Unternehmen können nachhaltiger handeln, da die Gewinnung dieser Materialien zu einer hohen CO2-Belastung führt
• Weniger Probleme im Beschaffungswesen
• Weniger Probleme im Zusammenhang mit dem Preisanstieg dieser Materialien

Auf dem Markt gibt es heute verschiedene Lösungen für die Herstellung dieser Motoren. Wir beschreiben drei von ihnen, indem wir ihre Hauptmerkmale zusammenfassen:

1. Asynchronmotor mit Druckgussrotor und verteilter Wicklung

• Eine überzeugende Lösung, wenn diese Spezifikationen benötigt werden: durchschnittlicher Wirkungsgrad und unverbindliche Leistungsdichte
• Für den Betrieb ist keine Elektronik erforderlich

2. Synchronmotor mit Reluktanzrotor

• Bei unterstützender Reluktanz wird Ferrit verwendet
• Ausgezeichnete Leistungsdichte
• Hoher Wirkungsgrad
• Bei hohen Temperaturen einsetzbar
• Einfache Handhabung bei der Montage
• Benötigt Elektronik

3. Synchronmotor mit gewickeltem Rotor

• Verwendet keine Magnete
• Ausgezeichnete Leistungsdichte
• Hoher Wirkungsgrad
• Benötigt Elektronik
• Für die Stromversorgung sind Bürsten erforderlich
•  

Heute ist Came dank seines Know-hows und seiner Partnerschaften in der Lage, seine Kunden bei der Suche nach der effektivsten und vorteilhaftesten Lösung in Bezug auf Wirkungsgrad, Leistungsdichte und Motorkosten zu unterstützen.

Artikel von:
Fabrizio Bardelli
Experte für Forschung und Entwicklung bei Came  
consulting@came-italy.com
+39 0444 488282

Eine der grundlegenden Dienstleistungen, die die Abteilung Forschung und Entwicklung von Came seinen Kunden zur Verfügung stellt, ist die Kostenoptimierung.

Wie der Name schon sagt, besteht diese Dienstleistung darin, eine Lösung zu finden, um die Kosten des Produkts zu senken und gleichzeitig seine Leistungsanforderungen (gewickelter Stator in Gehäuse und Welle/Rotor) zu erfüllen.

Gerade in der heutigen Zeit, in der steigende Rohstoffpreise einen erheblichen Einfluss auf die Verkaufspreise haben, ist diese Dienstleistung von strategischer Bedeutung.

In diesem Artikel werde ich eine Fallstudie erläutern, ein Projekt, das Mitte 2020 in Zusammenarbeit und Absprache mit einem unserer wichtigsten Kunden aus dem Pumpenbereich entstanden ist. Dies führte zu einer Anfrage an Came, den weit verbreiteten Motorbausatz (gewickelter Stator in Gehäuse und vom Kunden entwickelte Welle/Rotor) unter dem Gesichtspunkt der Einsparung zu überdenken.

Es handelt sich um einen Motor Mec 63, 4-polig, einphasig, 0,15kW 230/50 im Dauerbetrieb.

Das Projekt wurde in vier Phasen unterteilt, die nachfolgend beschrieben werden:

• Charakterisierung des Serienmotors am Prüfstand
• Untersuchung eines alternativen Vorschlags mit dem Ziel der Einsparung
• Ausführung eines Musters und Prüfstandtest
• Zulassungsprüfungen des Musters beim Kunden

1. Charakterisierung des Serienmotors am Prüfstand

In dieser ersten Phase wurde ein vollständiger Test auf dem Prüfstand durchgeführt, um die Kennlinie (links) zu überprüfen, die Eingangs- und Ausgangsparameter des Motors zu messen und die Wärmekurve (rechts) zu überprüfen.
 

Der Erwärmungstest bei Nennlast zeigte ein deutliches Ungleichgewicht der beiden Phasen (Haupt- und Hilfsphase), ein Zeichen für eine nicht optimale Auslegung hinsichtlich Leistung und maximalem Wirkungsgrad, aber vor allem eine Bestätigung für die Möglichkeit, die Leistung zu verbessern (bei gleicher Blech- und Kupfermenge) oder, wie in diesem Fall, eine ähnliche Leistung zu erreichen, indem die Blech- und Kupfermenge und damit die Kosten des Motors reduziert werden.

Durch die auf dem Prüfstand im thermischen Gleichgewicht durchgeführten Optimierungstests konnten nützliche Daten für die Studie des neuen Motors und den Vorschlag an den Kunden unter dem Gesichtspunkt der Einsparung gewonnen werden.

2. Untersuchung eines alternativen Vorschlags mit dem Ziel der Einsparung

In der zweiten Phase befasste ich mich auf der Grundlage der gesammelten Daten und der in der ersten Phase durchgeführten Simulation mit der Dimensionierung des neuen Motors.

Das Ergebnis der Untersuchung war eine theoretische Verringerung der Blechmenge um 30% und des Kupfergewichts um 10% und folglich ein bedeutender Einsparungsvorschlag für den Kunden, der den Übergang des Projekts in die nächste Phase bestätigte.

3. Ausführung eines Musters und Prüfstandtest

In der dritten Projektphase erstellten wir Zeichnungen und Datenblätter, kauften die erforderlichen Materialien ein und fertigten das alternative Muster.

Nachdem der Mustermotor in unserer Werkstatt mit den Komponenten des Kunden zusammengebaut worden war, starteten wir den kompletten Test auf dem Prüfstand, um unter den gleichen Lastbedingungen die neue Kennlinie (links) zu überprüfen, die Eingangs- und Ausgangsparameter des Motors zu messen und die neue Wärmekurve (rechts) zu überprüfen.

Die auf dem Prüfstand im thermischen Gleichgewicht durchgeführten Optimierungstests bestätigten die Qualität der untersuchten Lösung (vollständiger Ausgleich der Erwärmung der beiden Phasen) und ermöglichten die Prüfung des Motors bei Überlast bis zur Grenze seiner Wärmeklasse.

• Effektive Reduzierung der Blechmenge um 30%
• Effektive Reduzierung des Kupfergewichts um 5%
• Gleiche Motorleistung bei Nennlast
• Verringerung des maximalen Drehmoments um 10%, für die Zulassung nicht von Bedeutung
• Erhöhung des Anlaufmoments um 15%, wichtig für die Zulassung
• Reduzierung der Stromaufnahme um 10% bei gleicher Nennlast
• 7% geringerer Listenpreis bei gleichbleibenden Einkaufsbedingungen für Rohstoffe

 
4. Zulassungsprüfungen des Musters beim Kunden

In dieser 4. und letzten Phase führte der Kunde die erforderlichen Zulassungsprüfungen durch (Prüfstandstests, Tests der Pumpe unter verschiedenen Lastbedingungen, Lebensdauertest).

Etwa ein Jahr nach dem Start wurde das Projekt mit der Zulassung des Musters und dem Start der ersten Serienproduktion erfolgreich abgeschlossen.

Schlussfolgerungen

Teamarbeit, zur Verfügung gestellte Fähigkeiten und Kenntnisse, Professionalität, Auswahl der qualifiziertesten Lieferanten, Beachtung der Kundenbedürfnisse; dies sind die wichtigsten Punkte, die es ermöglichten, das Ziel zur großen Zufriedenheit des Kunden und des Came-Teams zu erreichen.

Artikel von:
Fabrizio Bardelli
Experte für Forschung und Entwicklung bei Came
consulting@came-italy.com
+39 0444 488282

Came hat wichtiges Know-how bei der Herstellung von gewickelten Statoren für BLDC-Motoren (BrushLess Direct Current) erworben. Die Eigenschaften dieser Motoren machen sie für eine Vielzahl von Anwendungen wie E-Bikes, Elektrofahrzeuge, HLK, Handling und viele andere Einsatzbereiche unverzichtbar.

Zu den wichtigsten Anwendungen von BLDC-Motoren gehören Thermocycler, die in den Nachrichten 2020 als nützlichstes Instrument der Länder genannt werden, um die Abstriche der Bevölkerung zu analysieren und die Covid19-Epidemie unter Kontrolle zu halten.

Die Abstriche befinden sich auf Wattestäbchen, die Nasensekret und Lungenflüssigkeit aufnehmen. Die in ein Röhrchen gegebene Probe wird in einen Thermocycler eingeführt, ein Gerät, das seit Jahren verwendet wird, um andere Krankheiten wie die normale Grippe zu erkennen.

Der Thermocycler wird erwärmt und vermehrt das genetische Material des Virus durch eine Polymerase-Kettenreaktion.
Es handelt sich um ein kompaktes Gerät, das Scheiben mit spezifischen Reagenzien zum Nachweis von Covid19 verwendet.
Der Thermocycler kann mehrere Proben gleichzeitig mit hoher Genauigkeit analysieren und liefert innerhalb weniger Stunden Ergebnisse.

In diesen Geräten, die in Bezug auf die Qualität der Analyse und der Ergebnisse äußerst zuverlässig sein müssen, befinden sich aufgrund ihrer Vorteile bürstenlose Gleichstrommotoren:

– Hohe Effizienz,
– Stabile Rotation,
– Keine Wartung,
– Geringe Größe,
– Langlebig.

Came verfügt über eine langjährige Erfahrung bei Prototyping, Industrialisierung und Herstellung gewickelter Statoren für BLDC-Motoren, dank eines Maschinenparks, der in den kommenden Jahren erweitert wird, um effektiv auf Kundebedürfnisse reagieren zu können.

Das European Business Magazine ist eines der internationalsten Wirtschaftsmagazine Europas und bietet seinen Lesern auf der ganzen Welt eine globale wirtschaftliche Perspektive auf Menschen, Unternehmen und Ideen, die die wirtschaftliche Entwicklung in Europa prägen.

Cristian und Matteo Chilese, CEO von Came, einem führenden Unternehmen für Wicklungen von Elektromotoren in Europa, wurden zu Themen wie Elektrifizierung, E-Mobilität, Nachhaltigkeit, Energieeffizienz und Produkte für bürstenlose BLDC-Motoren befragt.

Cristian und Matteo erläuterten die Strategie von Came, durch Investitionen für die Zertifizierung IATF 16949:2016 für den Druckguss den Automobil-, Beleuchtungs-, Gas- und Automatisierungsmarkt zu erobern und den Kunden eine Komplettlösung anzubieten.

Zu den Zielen von Came für die Expansion in ausländische Märkte, einschließlich Deutschland, gehören kontinuierliche Investitionen in schlanke und just-in-time-Prozesse, Logistik und das neue Came Portal für Kunden, um sich in Echtzeit über den Status von Aufträgen und über Preise zu informieren.

Für weitere Informationen können Sie das vollständige Interview hier lesen.

Came ist bereits nach ISO 9001:2015 zertifiziert und hat beschlossen, für den eigenen Druckguss den Zertifizierungsprozess IATF 16949:2016 durchzuführen, um die hohen Qualitätsstandards der Automobilbranche zu erfüllen.

Die Entscheidung von Came zeigt das Engagement des Unternehmens für einen Weg des organisatorischen und strukturellen Wachstums, der sowohl neuen als auch bestehenden Kunden Vorteile bietet.

Die Vorteile der Zertifizierung zielen auf eine höhere Kundenzufriedenheit, verbesserte Prozesse und einen Qualitätsansatz ab, der Came als weltweiten und zuverlässigen Lieferanten noch stärker auszeichnet.

Der Zertifizierungsprozess dauert 12 Monate.

Der Zertifizierungsprozess gliedert sich wie folgt:

Erste Analyse
Mit dieser Tätigkeit wird das Projekt begründet. Sie besteht in einer Reihe von Erstaudits für die verschiedenen Unternehmensbereiche, die gemäß der Norm IATF 16949 durchgeführt werden

Erwerb der Referenznormen
Erwerb der Referenznormen und kundenspezifischen Anforderungen (CSR) und entsprechende Schulung.

Schulung und Anwendung spezieller Techniken im Automobilbereich
Erwerb der technischen Handbücher zur Erstellung der Risikoanalysen gemäß IATF und entsprechende Schulung:
APQP (Advanced Product Quality Planning, Produkt-Qualitätsvorausplanung), FMEA (Failure Model Effect Analysis, Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse), SPC (Statistical Process Control, Statistische Prozessregelung)
PPAP (Production Part Approval Process, Produktionsteil-Abnahmeverfahren), MSA (Measurement System Analysis, Messsystemanalyse).

Implementierung IATF 16949
Anpassung der Systemdokumentation an die IATF-Standards.

Zertifizierung IATF 16949
Vorbereitungsphase für das Audit durch die Zertifizierungsstelle mit möglichem Voraudit.

In diesem Artikel erläutern wir das Problem der Teilentladungen, welche Auswirkungen sie auf die Lebensdauer des Elektromotors haben und welche Lösungen wir nutzen können, um die Auswirkungen zu verringern.

Der jahrelange Einsatz von Umrichtern zur Drehzahlregelung von Elektromotoren und generell zum Einsatz des Motors unter unterschiedlichen Last- und Verbrauchsbedingungen (siehe Thema Energieeffizienz) hat aufgrund der nicht harmonischen Form der Versorgungsspannung zu Belastungsproblemen bei der elektrischen Isolierung geführt.

Tatsächlich stellen wir in der Abbildung rechts fest, dass es sich nicht um ein sinusförmiges Signal handelt, sondern um eine Reihe von Impulsen variabler Dauer, deren Modulation nur scheinbar eine Sinusform wiedergibt. Insbesondere bei den steigenden und abfallenden Impulsen stellen wir aufgrund der Kommutierungen des Umrichters Überspannungen oder Spitzen (englisch „Spikes“) fest.

Wenn das Isolationssystem nicht stark genug ist, erzeugen diese Überspannungen kleine elektrische Entladungen, die als „Mikroentladungen“ oder Teilentladungen (englisch „Partial Discharge“ oder PD) bezeichnet werden und sich in den Hohlräumen der Isolation konzentrieren, insbesondere:
1) Zwischen den Windungen verschiedener Phasen, insbesondere bei den ersten Windungen, bei denen der Spannungswert höher ist;
2) Zwischen den Windungen und der Masse;
3) Zwischen verschiedenen Windungen der gleichen Phase.

Diese Mikroentladungen können im Laufe der Zeit die Isolierung zerstören, bis sie eine vollständige Entladung verursachen und die Wicklung irreparabel beschädigen.

Diese Vorbedingungen werfen zwangsläufig einige Fragen auf:
– Kann die Wicklung vor diesen vom Umrichter eingeleiteten Überspannungen geschützt werden?
– Kann überprüft werden, ob die Wicklung diesen Phänomenen standhalten kann?
– Ist es schließlich möglich, den Grad der „Robustheit“ der Isolierung der von einem Umrichter gespeisten Wicklung zu bewerten?

Diese und andere Fragen werden von verschiedenen Normen beantwortet, die in den letzten Jahren veröffentlicht wurden, insbesondere:
– IEC 60034-18-41  „Teilentladungsfreie elektrische Isoliersysteme …“
– IEC/TS 60034-25  „Leitfaden für den Entwurf von Induktionsmotoren mit Käfigläufer, die speziell für Umrichterbetrieb bemessen sind“
– IEC/TS 60034-27 „Off-line Teilentladungsprüfungen …“
– IEC/TS 61934 „Elektrische Messung von Teilentladungen (TE) bei sich wiederholenden Spannungsimpulsen“

Um den neuen Anforderungen, die durch dieses Thema eingeführt wurden, voll und ganz gerecht zu werden, hat Came nach einer notwendigen technischen Ausbildung in diesem Bereich (auch dank der Unterstützung von Dozenten mit nachgewiesener Erfahrung) vor einigen Jahren das „Projekt Mikroentladung“ ins Leben gerufen. Ziele des Projekts waren:
– Überprüfung der Eigenschaften der im Produktionsprozess verwendeten Isoliermaterialien;
– Auswahl der Isoliermaterialien, die am besten für das Projekt geeignet, also frei von PD-Phänomenen sind;
– Verbesserung der Produktionsprozesse, um sicherzustellen, dass diese Phänomene nicht auftreten;
– Identifizierung eines Testsystems, dass diese Phänomene erkennen kann, und anschließende Bewertung des Gütegrads oder der Robustheit des Isolationssystems gemäß den Belastungskategorien:
  A – Leicht
  B – Mäßig
  C – Schwer
  D – Extrem

Dieses Projekt, das in den letzten Jahren den Einsatz verschiedener Ressourcen und eine beträchtliche Investition des Unternehmens in Form von Schulungen für technisches Personal und spezielle Testgeräte erforderte, macht Came zu einem sicheren Bezugspunkt für seine Kunden in Bezug auf:
– Überprüfung des Isolationssystems
– Studie zu einem „verstärkten“ Isolationssystem für die Stromversorgung von Umrichtern
– Laboruntersuchung des Robustheitsgrades mit Erstellung eines Prüfberichts

F+E Came steht seinen Kunden zur Vertiefung des Themas zur Verfügung.

Artikel von:
Fabrizio Bardelli
Forschungs- und Entwicklungsexperte Came
consulting@came-italy.com
+39 0444 488282

Kundenservice ist für uns heute mehr denn je zu einer Unternehmensphilosophie geworden. Das Verständnis für die Bedürfnisse unserer Kunden, kombiniert mit einer strategischen Vision für die Zukunft: Das macht Came zu einem Unternehmen, das sich ständig weiterentwickelt.

In den letzten zehn Jahren hat sich der Markt für Elektromotoren auf regulatorischer und struktureller Ebene grundlegend verändert. Die Schwierigkeiten, den richtigen Kompromiss zwischen technischen Anforderungen und kommerziellen Bedürfnissen zu finden, haben bei unseren Kunden oft zu Leistungseinbußen geführt: die Suche nach maßgeschneiderten Teilen mit daraus resultierenden Produktionseinschränkungen, die Auswahl schwer zu findender spezieller Walzprodukte und nicht zuletzt der Beginn technischer Tätigkeiten, die sehr langwierig und zu oft weit von der Marktverfügbarkeit entfernt sind.

Hier kamen wir als Wicklungsspezialisten in Spiel, vor allem aber als Förderer von Innovationen und technischen Lösungen mit möglichst geringen wirtschaftlichen Auswirkungen. Mit dem Kauf von zwei Bremsprüfständen haben wir dieses Projekt realisiert: unsere Kunden bei der Konstruktion und dem Prototypenbau zu unterstützen und innovative Lösungen für die Produktion mit automatischen Maschinen vorzuschlagen.

Unser Ziel ist es, die Zukunft auf einem soliden Fundament und daher auf einem innovativen Produkt unter Nutzung bestehender Technologien aufzubauen.

Hier eine Reihe von Vorschlägen:
– Untersuchung eines neuen Produkts
– Prüfstandtest mit Ausgabe der Leistungskurven
– Analyse des Motorverhaltens bei vom Kunden festgestellten Problemen
– Untersuchung der Umrüstung von kundenspezifischen Motoren auf IEC-Ausführungen
– Optimierung von Motoren, um den immer höheren Leistungsanforderungen in Bezug auf den Wirkungsgrad gerecht zu werden

Kurz gesagt, ein breites Spektrum an Dienstleistungen, die es Ihnen ermöglichen, die Untersuchungsphase an Came zu delegieren, um eine technisch und wirtschaftlich optimale Lösung zu erhalten.

Wir stehen Ihnen daher jederzeit für weitere Informationen zur Verfügung. Mein Kollege, Herr Bardelli (F&E), alle unsere technischen Mitarbeiter unter der Leitung meines Kollegen Herrn Cattazzo, sowie ich selbst geben Ihnen gerne die nötige Unterstützung.

Eine wettbewerbsfähige Gießerei kann nur eine innovative Gießerei sein, die sich stark auf Effizienz und Qualität konzentriert: Das sind die Grundlagen, an die Came glaubt und die die Entwicklung ihres Geschäftsbereichs „Druckguss“ begründet haben.

Druckgussteile werden heute in einem sehr breiten Anwendungsspektrum eingesetzt, was definitionsgemäß immer anspruchsvollere strukturelle und mechanische Leistungsmerkmale des Gussteils mit sich bringt.

Allerdings hat das Druckguss einen negativen Aspekt, der mit dem Verfahren verbunden ist: Das Vorhandensein von mehr oder weniger weit verbreiteter Porosität in den Teilen, was die Qualität des Teils erheblich beeinträchtigt, zu einer Verringerung der mechanischen Festigkeit und Druckfestigkeit führt und Wärmebehandlungen verhindert.
Diese Fehler können in folgende Makrofamilien eingeteilt werden:

• Schwindungsporosität: Makroporosität, Mikroporosität
• Gasporosität: Gas in der Lösung, Gaseinschluss während der Befüllung, Bindemittelabbau

 
Um die strukturelle Qualität des Gussteils und damit eine Leistungssteigerung zu gewährleisten, ist es unerlässlich, die innere Struktur der Teile mit einer speziellen Analyse zu überprüfen: Röntgenstrahlen.

Hierbei handelt es sich um eine unsichtbare Form elektromagnetischer Energie, die durch kurze Wellenlängen und hohe Energie gekennzeichnet ist und auf das zu analysierende Teil projiziert wird. Die elektromagnetische Welle, die durch das Druckgussteil strömt, beendet ihren Weg in einem elektrischen Sensor, der es ermöglicht, eine digitale Projektion der Röntgenstrahlen zu erhalten. In diesen Detektoren wird die Energie der Röntgenstrahlen direkt in ein elektrisches Signal umgewandelt, das in einem Bild digitalisiert, dann optimiert und mit einer speziellen Software analysiert wird.

Came bietet seinen Kunden ein modernes Röntgenanalysegerät, das Produkte mit maximalen Abmessungen von ø 700 × H 1200 mm abtasten kann. Die Kontrolle wird für alle Artikel in der Produktion mit einer variablen Häufigkeit, abhängig von den technischen Anforderungen und der Art des Produkts, garantiert. Die erzeugten Scans werden dann von einer speziellen Software analysiert und in einer Datenbank gespeichert, um sie für die Bedürfnisse der Beteiligten verfügbar zu machen.