Stator-Fixierung mit Toleranzringen

RENCOL^® Toleranzringe ermöglichen eine einfache Fixierung eines Stators auf einer Welle / im Gehäuse.

Einer der stärksten Trends in der Automobilindustrie ist die Umstellung auf Leichtbauweise. Im Zuge dieser Umstellung kommen unterschiedliche Materialien zum Einsatz, unter anderem Aluminium. Bei Elektromotoren kann dies aufgrund unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Bauteile zu Problemen führen. Das Aluminium-Gehäuse dehnt sich unter Temperatur stärker aus als der auf Eisen-Basis bestehende Stator. Dadurch kann es zu einer Verringerung der Haltekraft und einem Verrutschen des Stators kommen.

Ebenfalls problematisch sind Montageverfahren, bei denen der Stator verklebt oder energieintensiv das Gehäuse auf den Stator aufgeschrumpft wird.

Statorfixierung Gehäusemontage Konzentrizität Toleranzring Rencol

Unterstützt durch Simulationen auf Systemebene und einer daraus abgeleiteten optimierten Stator-Verbindung eröffnet die RENCOL^® Technologie Lösungen für diese Problematik.

Die Kompetenz von Saint-Gobain hat nicht nur den Montageprozess vereinfacht, sondern auch die Haltekraft des Stators im eingesetzten Temperaturbereich erhöht, und diesen Bereich sogar erweitert.

Diese Vorteile werden ohne Zugeständnisse hinsichtlich Konzentrizität zwischen Stator und Rotor erreicht. So entsteht ein energie-effizientes und leistungsstarkes System.

In unserem Whitepaper werden die Anwendungsvorteile der Verwendung eines Toleranzrings als Statorhalterungslösung beschrieben. Es wird detailliert beschrieben, wie unsere Technologie eine Lösung bietet, mit der energieintensive Klebstoffe und Schrumpfmontageprozesse entfernt werden können. Laden Sie das Whitepaper herunter, indem Sie auf den Link klicken.

WHITE PAPER

RENCOL^® Toleranzring

Ermöglicht gröbere Toleranzen der Verbaukomponenten
Verwendung unterschiedlicher Werkstoffe
Kontrolle des Geräusch- und Schwingungsverhaltens Elektromotors
Weniger Befestigungs- / Motorkomponenten
Einfache Montage

RENCOL^® Thermoclad

Unser Thermoclad-Material wurde entwickelt, um die Vorteile von Toleranzringen zu kombinieren und gleichzeitig das Problem der Wärmeübertragung zu lösen - ein besonders wichtiger Faktor für Elektromotoren.

Die Technologie befasst sich mit der Wärmeübertragungsfähigkeit von Toleranzringen, sodass sie bei Statormontageanwendungen effektiver eingesetzt werden können. Außerdem bietet sie eine bessere Wärmeübertragung in Verbindung mit den Standardvorteilen für Toleranzringe in dieser Anwendung. Erfahren Sie mehr über unsere Bimetalltechnologie Thermoclad.

Die Verwendung eines Toleranzrings bietet viele Vorteile als Statorhalterungslösung. Die unten aufgeführten Vorteile zeigen, wie wir einige der Herausforderungen lösen können, denen sich Automobilhersteller und -ingenieure heute gegenübersehen.

Vorteile

Vorteile des Montageprozesses

Der Montageprozess für einen Toleranzring spart sowohl Prozessenergie als auch Zeit, da er bei Umgebungstemperatur abgeschlossen ist, keine Heiz- oder Kühlstufen erfordert und dann sofort für den nächsten Prozessschritt bereit ist. Tatsächlich werden für die Montage des Toleranzrings insgesamt nur 2 - 5 Sekunden benötigt.

Die Montage mit RENCOL^® im Zusammenbau erfolgt durch Aufbringung einer axialen Kraft, um den Stator in das Aluminiumgehäuse einzupressen. Nach der Montage sind keine Zeiten für Aushärten oder Setzen erforderlich.

Montagekräfte bei RENCOL® Toleranzringen | Saint-Gobain

Abbildung: Montagekraft in Abhängigkeit von der Verschiebung. Bei Raumtemperatur ist die erforderliche Höchstkraft zur Montage der Lösung mit RENCOL^® Toleranzring deutlich geringer als bei der Ausführung mit Übermaß.

Vorteile der Komponentenretention des RENCOL^® Toleranzrings

Haltkraft in Abhängigkeit von der Temperatur

Die Maße von Stator und Gehäuse können variieren, meist infolge von Wärmeausdehnung aber auch infolge fertigungsbedingter Toleranzen. Das macht zuverlässig kraftschlüssige Verbindungen schwierig. Die federnden Verprägungen eines Toleranzrings sorgen für eine deutlich stabilere und einheitlichere Haltkraft.

Retention force over temperature stator motor mount Tolerance Ring Rencol

Abbildung: Ein Berechnungsbeispiel für die Auspresskraft in Abhängigkeit von der Temperatur unter Berücksichtigung von Fertigungstoleranzen. Der RENCOL^® Toleranzring in diesem Beispiel behält bei steigender Temperatur eine höhere Haltekraft im Vergleich zu einer Festsitz-Passung.

Geräuschlosigkeit

Entwickler bei Saint-Gobain verwenden die Methode der Finiten Elemente um Modalanalysen der Stator-Fixierung im Gehäuse durchzuführen.

Modalanalysen von Baugruppen zur Statorfixierung | Saint-Gobain

Sie können die dynamische Steifigkeit der RENCOL^® Produkte so anpassen, dass Vibrationen isoliert oder Eigenfrequenzen in unkritische Bereich verschoben werden.

Unsere Geräusch- und Vibrations-Experten können die durch Modalanalyse ermittelten Schwingungs-Werte experimentell überprüfen, sowie die Geräuschpegel im eigenen schalltoten Raum ermitteln.

Fixierung von langen Statoren mit zwei RENCOL^® Toleranzringen

Die Elektrifizierung in der Automobilindustrie wird getrieben von der Nachfrage nach leichteren Systemen, um die Verbrauchskosten zu senken, sowie dem Trend zu Elektro-Fahrzeugen, um den CO₂-Ausstoß zu reduzieren. In beiden Fällen ist es wichtig, besonders effiziente Elektromotoren zu verwenden, da ansonsten größere und schwerere Motoren zum Einsatz kommen als aufgrund der Leistungsanforderungen notwendig wären.

Ein Einflussfaktor, der sich negativ auf die Effizienz des Motors auswirkt, ist eine Fehlstellung des Stators, was einen ungleichmäßigen und unkalkulierbaren Luftspalt zwischen Rotor und Stator zur Folge hat. Zusätzlich kann eine solche Fehlstellung zu lauten Geräuschen und frühzeitigem Verschleiß führen.

Üblicherweise wird in einem solchen Fall anstatt eines schmalen Toleranzrings ein breiter eingesetzt (beide sind in Abbildung 1 dargestellt). Für größere Motoren mit langen Statoren ist der Einsatz der breiten Toleranzringe jedoch von Nachteil, da diese mehr Material benötigten und somit schwerer und teurer werden. Zusätzlich besteht das Risiko, dass aufgrund des langen Fügeweges beim Verbau des Toleranzrings dieser im Gehäuse Späne erzeugt, welche generell kritisch für elektrische Systeme sind.

Abbildung 1: Statorbefestigung in einem Gehäuse mittels einem schmalen Ring (links) bzw. mit einem breiten Ring (rechts).

Anstatt zu versuchen, einen ausgeklügelten, teuren Toleranzring zu entwerfen, der alle Probleme der Statorfixierung löst, ist es manchmal vorteilhaft, zwei Toleranzringe mit unterschiedlichem Design (SV am einen Ende, HV am anderen Ende, wie in Abbildung 2 dargestellt) zu verwenden, die jeweils am Ende des Gehäuses mit kurzen Fügewegen und entsprechend geringem Risiko der Spanbildung verbaut werden (Abbildung 3).

Abbildung 2: Statorfixierung im Gehäuse mit zwei Toleranzringen, ein SV, der andere HV.

Abbildung 3: Fügeweg eines breiten Toleranzrings (links); kürzerer Fügeweg der RENCOL^® 2TR Lösung (rechts).

Ein System mit zwei Toleranzringen eröffnet neue Möglichkeiten durch Verwendung unterschiedlicher Ringgeometrien an den jeweiligen Enden des Stators. So kann zum Beispiel am einen Ende ein Ring mit hoher Steifigkeit und hoher Haltekraft zum Einsatz kommen, während am anderen Ende der zweite Toleranzring über eine geringe Steifigkeit verfügt und damit Fehlstellungen ausgleichen kann – spiel- und klapperfrei.

Anwendungen, die von dieser Auslegung profitieren sind beispielsweise Antriebsmotoren, Hybridantriebe, 48V Systeme, Rekuperatoren, Lichtmaschinen, Anlasser, Ölpumpenantriebe, Kühlpumpenantriebe, E-Turbos, elektrische Roller / Fahrräder / Motorräder und Wischermotoren.

Um mehr über RENCOL^® Toleranzringe zu erfahren, lesen Sie Was ist ein Toleranzring?

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