Kostengünstige elektrisch isolierende Kupplungen für Hochleistungselektroantriebe
Eine Material-Prozess-Kombination, die elektrische Isolation, Hochleistungsdrehmomentübertragung und industrielle Serienfähigkeit bei Dauereinsatztemperatur von bis zu 200 °C erstmals konsequent in einem Bauteil vereint – ganz schön viel verlangt? Und doch hat die LZS GmbH genau das für die Kupplungswerke Dresden AG entwickelt.
Die Anforderungen an Bauteile in elektrischen Maschinen steigen stetig – immer höhere Dauereinsatztemperaturen und mechanische Lasten sind zu ertragen, am besten noch auf kleinstem Bauraum und zu geringen Kosten.
Neuentwicklung für höchste Ansprüche
Auch sind häufig bestimmte elektrische Eigenschaften gefordert, etwa im Falle einer isolierenden Kupplung, wie sie für die neueste Generation von elektrischen Schienenfahrzeugantrieben zum Einsatz kommen wird. Dabei dient die isoliertende Kupplung zum Ausgleich von radialen, axialen und winkligen Verlagerungen, Übertragung von Drehmomenten und gleichzeitig als elektrische Isolation im Antriebsstrang.
Für die Kupplungswerke Dresden AG (KWD) hat die LZS GmbH nun eine Material-Prozess-Kombination entwickelt, die elektrische Isolation, Hochleistungsdrehmomentübertragung und industrielle Serienfähigkeit bei Dauereinsatztemperatur von bis zu 200 °C erstmals in einem Bauteil vereint.
Aufbau und Eigenschaften
Die Kupplung besteht aus einem Innenteil (wird auf metallische Welle aufgepresst), einem Außenteil (als Zahnkupplung) sowie einer dazwischenliegenden, lasttragenden Isolationsschicht aus elektrisch isolierendem Faserverbundwerkstoff. Diese Isolationsschicht übernimmt sowohl die sichere elektrische Entkopplung als auch die Übertragung der kompletten Drehmomente im Betrieb. Die Drehmomentprüfung unter 3.600 Nm bei 1 Mio. Lastwechseln und maximaler Einsatztemperatur sowie statische Versuche bei 30 kNm waren erfolgreich. Die Isolationsschicht erreicht einen elektrischen Widerstand von > 100 MΩ und eine elektrische Kapazität von unter 1 nF. Sie ist für den Dauereinsatz in einem Temperaturbereich von – 50 °C bis über + 200 °C ausgelegt und damit deutlich leistungsfähiger als bisherige Lösungen. Aktuell laufen Tests zur weiteren Erhöhung der Maximaltemperatur (bislang bis 220 °C).
Explosionszeichnung der neu entwickelten Iso-Welle (© LZS)
Herstellung ist Teil des Erfolgs
Eine zentrale Innovation ist der von LZS entwickelte Fertigungsprozess. Die Isolationshülse wird in einem sauberen, hochreproduzierbaren Spritzgießprozess hergestellt, was eine homogene, porenfreie Isolationsschicht mit hoher Maßhaltigkeit ermöglicht. Dadurch konnten die Prozessstabilität erheblich gesteigert und die Herstellungskosten im Vergleich zum bisherigen
Verfahren um 75 % gesenkt werden.
Für die KWD ergibt sich daraus ein klarer Mehrwert: eine technisch robuste, hochtemperaturbeständige und elektrisch sichere Isolationskupplung, die zugleich wirtschaftlich für den Serien- und Großserieneinsatz ausgelegt ist. Die Entwicklung zeigt exemplarisch, wie durch die Kombination aus Werkstoff- und Prozessinnovation neue, wettbewerbsfähige Anwendungen für Faserverbundwerkstoffe entstehen.
Isolationskupplung – reales Bauteil (© LZS)
Kontakt:
LZS GmbH, Dresden
Dr.-Ing. Karsten Wippler, CEO
+49 351 44 69 60-00
karsten.wippler@lzs-dd.de
www.lzs-dd.de
