Ist es möglich, einen gewickelten Stator für einen Motor mit hohem Wirkungsgrad zu optimieren? Und wie weit kann dieser Prozess gehen? Mit welchem Ziel?
Diese Fragen habe ich mir nach einer Anfrage des Produktionsleiters von Came gestellt. Der Auftrag war klar: Untersuchung einer wesentlichen Änderung an einem Produkt eines langjährigen Kunden, sogar an einer Produktfamilie, zur Reduzierung der Zykluszeit und damit zur Steigerung der Produktionseffizienz, natürlich bei gleicher Motorleistung und gleichen Produktkosten.
Heute sehen wir einen neuen grundlegenden Dienst, den die Abteilung Forschung und Entwicklung von Came den Kunden und internen Stellen zur Verfügung stellt: den Optimierungsdienst.
Der Zweck dieser Dienstleistung besteht darin, eine Lösung zur Optimierung eines Produkts zu finden. Er ist in zwei Prozesse unterteilt:
- Optimierung des Produkts im Hinblick auf den Verbrauch (elektrischer Wirkungsgrad)
- Optimierung des Produkts im Hinblick auf die Industrialisierung (Produktionseffizienz)
In diesem Artikel erzähle ich Ihnen von der Studie, die an einer dreiphasigen IE3-Motorwicklung durchgeführt wurde:
Motor Mec 90S/B5 1,1kW 230/400V 50Hz IE3
Das Projekt wurde in 2 Phasen unterteilt:
- Spezifikationen der Wicklungskonstruktion
- CAD-Simulation des Motors und Untersuchung einer Alternative
1. Spezifikationen der Wicklungskonstruktion
Die Statorwicklung ist eine klassische 4-polige Dreiphasen-Asynchronwicklung 135×80-36c.
Das kritischste Merkmal war die Wahl des Wicklungsschemas (Schritt 1-8-10-8), das aufgrund der Verringerung des Phasenwiderstands einen Vorteil in Bezug auf den elektrischen Wirkungsgrad bietet.
Der Hauptnachteil dieser Aufteilung ist leider die größere Schwierigkeit bei der Ausführung, insbesondere bei der Phasentrennung, im Vergleich zum bekannteren konzentrischen Wicklungsschema (Schritt 1-8-10-12), was zu einer Verringerung der Produktionseffizienz um ca. 15% führt.
Ziel dieser Studie war es, die Möglichkeit zu bewerten, einen Motor mit konzentrischer Steigung zu entwickeln, der die gleiche Leistung garantiert und die Endkosten des Produkts nicht erhöht.
2. CAD-Simulation des Motors und Untersuchung einer Alternative
In dieser zweiten Phase haben wir dank der Zusammenarbeit mit SPIN Applicazioni Magnetiche und der CAD-Simulation mit FluxMotorTM eine Charakterisierung des aktuellen Modells vorgenommen und mit denselben Daten und Materialien den Wirkungsgradverlust gegenüber dem unten dargestellten klassischen Schema überprüft.
Es folgen Simulationsergebnisse mit einem geschätzten Wirkungsgradverlust von weniger als 1%.
Die Verringerung des Wirkungsgrads durch das neue Wicklungsschema konnte auf verschiedene Weise ausgeglichen werden:
- Verwendung von Blech mir geringeren Verlusten
- Erhöhung des Kupferfüllfaktors
- Vergrößern der Pakethöhe
Aus Preis – und Verfügbarkeitsgründen schlossen wir die Verwendung von Blechen mit geringeren Verlusten aus und konzentrierten uns auf die beiden anderen Punkte, indem wir den Aufbau änderten. Nach einigen Simulationen ist dies das Ergebnis:
- Kupfervolumen um +5% erhöht
- Pakethöhe um +4,5% vergrößert
- Wiederherstellung des ursprünglichen Wirkungsgrads von 84,3 %
Fazit
Die höheren Rohstoffkosten werden durch die höhere Produktionseffizienz mehr als wettgemacht, so dass die Nettokosteneinsparung beim Wickeln auf etwa 2,5% geschätzt wird.
Das Ergebnis mag auf den ersten Blick nicht viel erscheinen, hat aber in Wirklichkeit eine große Bedeutung für die Steigerung der Produktionskapazität. Dadurch kann Came effektiver auf die ständig wachsenden Anforderungen des Marktes reagieren und alternative Lösungen anbieten, ohne die Kosten des Produkts zu erhöhen.
Teamarbeit, zur Verfügung gestelltes internes und externes Fachwissen, Professionalität: das waren die grundlegenden Faktoren, um das gewünschte Ziel zu erreichen.
Fabrizio Bardelli
Came Experte für Forschung und Entwicklung
consulting@came-italy.com
+39 0444 488282
