DG Flugzeugbau

Hülsen für hoch drehende Elektromotore

Eines unserer bisher interessantesten Projekte waren Motorhülsen.

Der Anwendungsfall:

Im Rennsport der Formel-1 kam im Jahre 2008 die Idee von "Hybrid-Fahrzeugen" auf. Damit war mitnichten die Absicht verbunden, Kraftstoff zu sparen. Vielmehr wollte man mit Hilfe der vorher in einer Batterie gespeicherten Bremsenergie auf geraden Strecken noch zusätzliche Power auf die Räder bringen, um so noch schneller zu werden.

Es entstand das System "KERS" (Kinetic Energy Recovery System).
Ein weltweit bekannter Getriebehersteller in unserer Nähe bekam von einem der großen Rennställe den Entwicklungsauftrag für den Elektromotor des KERS-Systems, dem wohl wichtigsten Bauteil. Dabei stießen die Ingenieure natürlich - wie das immer so ist - auf eine Fülle von Problemen - wie z. Bsp. das folgende:

Der Elektromotor muss sehr klein und leicht sein wie alles an einem Formel-1 Rennwagen. Er darf lt. Reglement aber dennoch 60 KW Leistung bringen für maximal 7 Sekunden pro Runde - eine ganze Menge! Dabei wird er nicht nur sehr warm. Er muss wegen seiner kleinen Abmessungen für diese Leistung auch extrem hoch drehen. Die Nenn-Drehzahl sollte bei etwa 18.000 U/min liegen. Das bedeutete eine geforderte Festigkeit der Motorwicklungen - wie sie im Test nachzuweisen - war, von 30.000 U/min.

Bei dieser Umdrehungszahl entstehen insgesamt Fliehkräfte am Motoranker von mehreren Tonnen, was jede Wicklung auseinander reißt. Deshalb werden die Wicklungen bei solchen Motoren vergossen, aber dann brauchen sie noch eine dünne und leichte hochpräzis gearbeitete Ummantelung, die die Fliehkräfte aufnimmt, denn sonst fliegt die Vergussmasse davon.

Das Unternehmen - ein echter Stahlbauer - sah keine Möglichkeit, solch eine Bandage selbst zu fertigen und beauftragte ein spezialisiertes Universitätsinstitut mit der Entwicklung einer solchen Hülse unter Beachtung der vorgegebenen Kennwerte. Nach Monaten lag das Ergebnis in Form einiger Verbundfaserhülsen vor.

Der Motor wurde auf die Test-Drehzahl gefahren und ........ explodierte. Weitere Tests mit anderen Ummantelungen verliefen ähnlich.

Inzwischen stand man wenige Wochen vor der Rennsaison 2009 und es gab feste Verträge mit dem Rennstall, bis zu welchem Datum das komplette System abzuliefern war.

Da erinnerte man sich an einen Flugzeugbauer in der Nähe und fragte uns nach einer Lösung. Wir bauten eine Hülse aus GFK (Kohlefaser ging nicht wegen der elektrischen Leitfähigkeit!) und schafften es, sie völlig nahtlos herzustellen und dann auf die gewünschte Präzision von 5 µm (5 Tausendstel Millimeter) abzudrehen. Schon nach wenigen Tagen konnte die erste Testhülse geliefert werden. Der nächste Motor wurde im Testlauf hoch gefahren, und die Hülse flog auseinander.

Aber:
Sie hielt schon deutlich besser als die Exemplare von dem Universitätsinstitut!

Nach weiteren etwa 5 Versuchen und verschiedenen Materialwechseln hielt die Hülse den Anforderungen stand.

Von dem Augenblick an stand unsere Drehbank nicht mehr still und unser darauf spezialisierte Mitarbeiter hört heute noch auf den Namen "µ-fix" (gesprochen "Müfix")! Jeden Tag wurden vier Hülsen gefertigt und uns immer direkt von der Maschine weggeholt und eingebaut. 

Leider sind zwei Dinge passiert, die es verhinderten, dass wir die vorher geschätzten Absatzmengen erreichten:

Zum Einen war ein gewisser Ersatzbedarf einkalkuliert worden für die Motoren, die immer noch unvermeidlich auseinanderfliegen würden. Dieser Ersatzbedarf entfiel, da die Zuverlässigkeit der Hülsen stetig zunahm.
Die Hülsen hielten besser, als man zu hoffen gewagt hätte.

Zum Zweiten war das KERS System recht schwer und so teuer in der Entwicklung, dass es nicht länger angewendet wird. Es ist auch derzeit noch im Rennsport erlaubt und bringt eine zusätzliche Leistung, macht die Fahrzeuge also schneller.

Jedoch bringt auf den meisten Rennstecken das höhere Gewicht im Moment noch deutliche Nachteile, wie niedrigere Kurvengeschwindigkeiten, sehr hoher Reifenverschleiß, hohe Komplexität des Systems usw., so dass sich mittlerweile alle Rennställe darauf geeinigt haben, momentan diese Technologie nicht weiter zu verfolgen.

 

Und so sind wir nun in der Lage, die ursprünglich für unseren Kunden geschützte Technologie auch anderen Herstellern von sehr hoch drehenden Elektromotoren anzubieten.

Sollten auch Sie, ähnlich wie beim KERS-Motor hohe Anforderungen an eines Ihrer Bauteile haben, seien es Gewicht, Präzision, Festigkeit, Steifigkeit oder anderes, so fragen Sie einfach mal bei uns an.

Mit unserer Erfahrung können wir Ihnen sicher helfen, in Ihrem Projekt wieder einen Schritt weiter zu kommen.