Bearbeitung von Statoren für Elektromotoren

Bearbeitung von Statoren für Elektromotoren

Gegenwärtig ist die Entwicklung der Motorleistung insbesondere durch die Verbesserung der in den Motoren verwendeten Materialien vorangetrieben worden. Zusätzlich wird die Leistung mit Hilfe von Optimierungstechniken für den Stator und den Rotor verbessert. Der Stator ist ein wesentlicher Bestandteil elektrischer Maschinen, der in Elektromotoren, Generatoren, biologischen Rotoren, Schlammmotoren und Sirenen zu finden ist. Der Energiefluss durch einen Stator erfolgt durch den rotierenden Teil des Systems. In einem Motor bietet der Stator ein rotierendes Magnetfeld, um den rotierenden Anker anzutreiben, während er in einem Generator das rotierende Magnetfeld in elektrischen Strom umwandelt. Bei flüssigkeitsbetriebenen Geräten lenkt der Stator den Flüssigkeitsstrom aus dem rotierenden Teil des Systems.

Was ist ein Stator?

Definition: Der Stator ist ein unbeweglicher Teil des Elektromotors, der aus mehreren Wicklungen besteht. Sobald ein Wechselstrom an ihn angelegt wird, ändert sich seine Polarität ständig. Wenn der Stator mit Strom versorgt wird, fließt ein Wechselstrom durch die Stator Wicklungen und erzeugt ein elektromagnetisches Feld über die Stäbe des Rotors. Der Wechselstrom (AC) bringt das Magnetfeld zum Rotieren. Dazu gehören dünne und gestapelte Bleche, die durch einen isolierten Draht verbunden sind. Der Kern im Stator enthält eine Reihe dieser Bleche.

Das Stator Gehäuse des Motors besteht bis 22 kW aus Aluminium, während Motoren mit höheren Leistungen Stator Gehäuse aus Gusseisen enthalten. Statoren mit verschiedenen Polen werden meist in Verbindung mit einer Pumpe verwendet, um die Kraft und den Durchfluss durch die Geschwindigkeit zu bestimmen. Der Stator ist in erster Linie für unterschiedliche Frequenzen, Spannungen, Leistungen sowie für eine instabile Pol Zahl ausgelegt.

Konstruktion des Stators

Die Konstruktion des Stators kann mit Lamellen aus hochwertigem legiertem Stahl erfolgen, so dass die Wirbelstromverluste reduziert werden. Die wesentlichen Teile des Stators sind der äußere Rahmen, der Kern und die Wicklung. 

Arbeitsprinzip

Bei Motoren ist der Stator ein stationärer Teil, dessen Hauptfunktion darin besteht, das magnetische Drehfeld aufgrund der dreiphasigen Versorgung zu erzeugen. Wenn sich der Stator im Leerlauf befindet, wird die elektromagnetische Energie aufgrund des elektromagnetischen Induktionsphänomens induziert.

Stator in Motoren

Der Stator funktioniert hauptsächlich auf der Grundlage einer sich drehenden elektromotorischen Gerätekonfiguration wie dem Feldmagneten oder dem Anker. Der Feldmagnet kommuniziert mit dem Anker, um eine Bewegung zu erzeugen, während der Anker seinen Einfluss von sich bewegenden Feldspulen auf dem Rotor erhält.

In den ersten Gleichstrommotoren und Gleichstromgeneratoren befinden sich die Feldspulen auf dem Stator. Dies ist wegen des sich ständig bewegenden Leistungsschalters, des Kommutators, notwendig, um das Feld auf dem Rotor in der richtigen Ausrichtung zu halten. Wenn der Strom steigt, wird der Kommutator größer und stärker.

Der Stator im Motor kann ein Elektromagnet oder ein Permanentmagnet sein. Da der Stator ein Elektromagnet ist, wird die Spule stärker, die als Feldwicklung und Feldspule bekannt ist.

Die Spule im Motor kann entweder einen Aluminiumkern oder einen Eisenkern haben. Die Hersteller verwenden für die Wicklungen jedoch immer Kupferdraht als leitendes Material. Aluminium hat eine geringere elektrische Leitfähigkeit, so dass es als alternatives Material in Teil-PS-Motoren (PS-Motoren) verwendet werden kann, insbesondere bei sehr geringen Laufzeiten.

Zerspanung Elektromotorgehäuse

Mit der zunehmenden Verbreitung von Elektrofahrzeugen werden nicht nur sehr präzise gefertigte Teile benötigt, sondern auch eine möglichst effiziente Produktion. Ein Bauteil, das besonders hohe Anforderungen an die Bearbeitung stellt, ist das Motorgehäuse für den Elektromotor. Ferrpol hat eine Lösung für die Bearbeitung etabliert. 

Beim Motorgehäuses wird das Stator-Trägergehäuse als Zwischengehäuse in das Hauptgehäuse eingesetzt. Typische Durchmesser für das dünnwandige Aluminiumteil liegen zwischen 200 und 240 mm innen und zwischen 240 und 260 mm außen. Die Konzentrizität der verschiedenen Lager- und Befestigungsdurchmesser ist entscheidend für die Leistung des Elektromotors, die eine sehr präzise Bearbeitung innerhalb enger Toleranzen erfordert.

Der erste von drei Schritten zur Bearbeitung ist die Vorbearbeitung mit einem Bohrwerkzeug. Der Rohling weist Gussfasen auf, die zu einer abzutragenden Schnitttiefe von bis zu 6 mm führen. Hierfür werden spezielle Wendeschneidplatten mit einem stützenden, bogenförmigen Steg eingesetzt, um Vibrationen zu vermeiden. Dadurch wird auch sichergestellt, dass kleine Späne entstehen, die sich leicht entfernen lassen. Bei der anschließenden Semi-Finish-Bearbeitung wird der komplexe Konturverlauf des Elektromotorengehäuses so vorbearbeitet, dass die komplette Feinbearbeitung mit Fasen und radialen Übergängen mit dem Schlicht-Feinbohrwerkzeug genau hergestellt werden kann. Die Werkzeuge werden individuell für den jeweiligen Kunden je nach Lagersituation, Maschinenpark und Aufspannung ausgelegt. Unterschiedliche Stufen im Gehäuse werden bei den Schneiden Lagen der Werkzeuge ebenso berücksichtigt wie eingegossene oder eingepresste Stahlbuchsen für Lager. Während der Großteil des Werkstücks mit PKD bearbeitet wird, kommen im Stahlbereich Hartmetallschneiden zum Einsatz.

CNC-Bearbeitung für die Elektromobilität

Das Produktionsvolumen von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren (einzeln oder integriert in Hybridantriebe) ist in den nächsten Jahren noch so groß, dass ein kompletter Ausstieg aus der Technologie für die meisten Hersteller unmöglich erscheint. Andererseits steigen die Stückzahlen von Elektroantrieben nur sehr langsam, und in diesem Szenario liegen die Risiken und die Herstellung meist bei den Zulieferern. Es gibt auch strategische Überlegungen, ob der Elektroantrieb in Zukunft eine Kernkompetenz des Fahrzeugherstellers bleiben wird. Der erhebliche Entwicklungsaufwand der Fahrzeughersteller für attraktive Produktangebote in jedem Fahrzeugsegment beeinflusst die Zielsetzungen in der Produktionsplanung. Wiederverwendung oder Re-Konfiguration sind oft die aktuellen Aufgaben.

Für die Bearbeitung der empfindlichen dünnwandigen Bauteile empfiehlt sich die Direktspannung in der Vorrichtung (alternativ Adapterplatte) und die Mehrfachspannung (Schrupp- und Schlichtbearbeitung). Beim Schruppen sollte die Bearbeitung immer in Richtung der Werkstückauflage erfolgen. Die starke Zerspanung am Innendurchmesser des Stator Gehäuses setzt Spannungen frei, die sich auf die Geometrie auswirken, so dass vor der Fertigbearbeitung ein Umspannen erforderlich ist. Eine Feinbearbeitung des Innendurchmessers (Butterfly-Werkzeug) ohne Gleitleisten zur Vermeidung von Brandspuren wäre ebenfalls optimal.

Sollten Sie weitere Unterstützung benötigen, kontaktieren Sie die Experten von Ferrpol einfach telefonisch, per Mail oder direkt vor Ort. Wir stehen Ihnen mit Fachkompetenz jederzeit zur Verfügung.