K20: Herstellung Elektrische Antriebe

Ein Stator ist der stationäre Teil einer elektrischen Maschine. Er enthält eine Reihe von Spulen die um Eisenkerne gewickelt sind. Die Spulen erzeugen ein magnetisches Feld, wenn elektrischer Strom durch sie fließt.

Der Stator treibt den Rotor an.

Ein Rotor ist ein bewegliches Teil einer elektrischen Maschine. Er befindet sich im Inneren des Stators und ist in der Regel um eine Welle montiert, die sich drehen kann. Der Rotor besteht aus magnetischen Materialien und reagiert dadurch mit dem magnetischen Feld des Stators um eine mechanische Drehbewegung zu erzeugen.

• Stator: umlaufendes Magnetfeld

• Rotor: instationäres Magnetfeld -> Käfigläufer

• Drehzahl ist lastabhängig

• hohe Drehzahlen möglich

• Stator: umlaufendes Magnetfeld

• Rotor: stationäres Magnetfeld

• Drehzahl ist unabhängig von Last, kein selbstständiger Anlauf möglich

• hoher Wirkungsgrad

• Stator: stationäres Magnetfeld

• Rotor: umlaufendes Magnetfeld

• Kommutator polt um -> Verschleißteil

Herstellung Blechpaket -> Isolation Nutgrund -> Bewicklung -> Kontaktieren -> Imprägnieren

Elektroblech-Coil wird gestanzt und danach zu Blechpakketen zusammengefügt

• hohe Stückzahlen über 100.000

• Kombination Blechzuschnitt und Fügen

• hohe Werkzeugkosten

• Startblech stanzen -> Speichern im Puffer -> Folgebleche stanzen -> Stapeln und speichern im Puffer:

• schnell und kostengünstig

• keine elektromagnetische Beeinflussung des Stators

• geringe mechanische Stabilität

• erfüllen hohe mechanische Anforderungen

• Nähte sind einseitige Kurzschlüsse -> Wirbelstromverlust

• durch Slot-Liner, Pulverbeschichtung oder Kunststoffteile

• elektrische Trennung von Draht und Blechpaket

• automatisiert platzierbar

• Wicklungen sind Kernkomponenten elektromechanischer Produkte

• ziehen von Kupferdraht erfolgt in mehreren Ziehstofen vom Rohdraht bis zum Zieldurchmesser (10mm -> 0,01mm)

• Lackisolation von Kupferlackdraht in 6-30 Schichten aufgebracht

• Linearwickeln

• Flyerwickeln

• Nadelwickeln

• Ringwickeln

• Einziehverfahren

• Kontaktierung

• Spulenkörper rotiert

• kleine axialsymmetrische Spulen

• Spulenkörper ist ortsfest

• Flyerarm mit Hohlwelle rotiert

• Kombination aus Schwenkbewegung des Spulenkörpers und Hubbewegung des Nadelwickelkopfs

• automatisches Verschalten und Kontaktieren

• Bevorratung des Drahtes in Drahtspeichermagazin

• Draht wird durch Rotation des Drahtspeichermagazins auf Ringkern abgelegt

• Serienfertigung

• Draht wird in die Nuten eingebracht

Was?:

• Lackabtrag und Fügen

Wozu?:

• Isolationsschicht des Kupferdrahtes entfernen und mechanisch verbinden

• Schaffung einer stabilen elektrisch leitfähigen Verbindung

Bandagieren:

Fixiert nach dem Kontaktieren die Spulenübergänge, Schaltverbindungen und Phasenisolierteile

Pressen:

Reduziert Raumbedarf und definiert Wickelkopfform

Imprägnieren:

wird nach dem Pressen gemacht:

• Verbesserung thermischer Leitfähigkeit, elektrische Isolation, Schutz vor Schmutz

• Industrie: Tauchrollieren (in Harz getaucht durch Rollen) und Träufeln (in die Wicklungen)

• Rotor-Statorkombination ergibt sich in Abhängigkeit der Motortopologie

• Gleichstromläufer vergleichsweise kompliziert, Kurzschlussläufer urformende hergestellt

• bei der Montage “scharfer” Magnete sind die Magnetkräfte zu beachten

• Oberflächenbestückung von Rotoren mit nicht magnetisierten Magnetkörpern reduziert den Handhabungsaufwand

• hohe Funktionsintegration, starke Miniaturisierung & hoher Kostendruck erfordern die Beherrschung der Montageprozesse

• mechanische, elektro-mechanische und hydraulische Funktionen zunehmend durch Elektronik ersetzt

1) FR4 ist Standartmaterial für Leiterplatten (Epoxidharz-Glasgewebe) (organisch)

2) Anorganische Werkstoffe (Keramik/Metall) und Organische Werkstoffe (mit C-Atom) (Duroplastisch/Thermoplastisch)

3) Leiterplattenfertigung beginnt mit der Herstellung der kupferkaschierten Halbzeuge

4) Leiterbildstrukturierung:

• Subtraktivverfahren

• (Voll-)Additivverfahren

• Semiaddativverfahren

5) Dickschichttechnologie: Leiterbahnen und Bauelemente in mehreren Prozessschritten direkt auf Keramiksubstrate gedruckt

• Schutz vor Umwelteinflüssen (Feuchte, Strahlung)

• bessere Handhabung -> Automatisierung

• mechanische/ elektrische Kontaktierung

Bedrahte Bauelemente lassen sich nach Funktionalität und Lage der Anschlüsse einteilen:

Passiv:

• Radiale Anschlüsse (Widerstand)

• Axiale Anschlüsse (Transistor)

Aktiv:

• Anschlussbeinchen oder Stift-Gitter-Anordnung

SMD: Lotpaste drucken -> Bestücken -> Reflowlöten

THD: Ausschneiden -> Bestücken -> Umbiegen -> Schwalllöten

• 90% Lotpulver und 10% Flussmittel (wiederum aus Harz, Lösungsmittel und Aktivatoren)

• Auftrag durch Schablonendruck (Edelstahlschablone, ohne Abstand zur Leiterplatte) oder Siebdruck (mit Abstand zur Leiterplatte)

• Unterteilung in 9 verschiedene Klassen mit unterschiedlicher Partikelgröße (Typ 1 am größten, 9 am kleinsten)

• Pick & Place (feste Leiterplatte und bewegter Bestückkopf)

• Collect & Place (feste Leiterplatte und bewegter Bestückkopf)

• Karussell (bewegte Leiterplatte und fester Bestückkopf)

(feste Leiterplatte und bewegter Bestückkopf)

• Vorgang sequenziell

• Bauelemente einzeln abgeholt, überprüft und auf Leiterplatte gesetzt

• Vorteil: einfacher Aufbau, hohe Flexibilität, sehr genau

• Nachteile: geringe Bestückleistung, da nur bedingt parallelisierbar

(feste Leiterplatte und bewegter Bestückkopf)

• mehrere Bauelemente aufgenommen, parallel geprüft und nacheinander auf die Leiterplatte gesetzt

• Vorteil: hohe Bestückleistung, modularer (wechselbarer) Kopf

• Nachteil: komplexer Aufbau

(bewegte Leiterplatte und fester Bestückkopf)

• während an der Aufnahmeposition ein Bauelement abgeholt wird, kann an der Bestückposition ein Bauelement gesetzt werden

• Vorteile: sehr hohe Bestückleistung, hohe Verfügbarkeit

• Nachteile: hoher Platzbedarf, geringe Bestückgenauigkeit

• Vorsicht bei Lotpaste: Lotpasteauftrag ist der fehleranfälligste Prozess

• Qualität nach jedem Prozessschritt überprüfen

• Röntgeninspektion für verdeckte Lötstellen

• Untersuchung von Langzeitverhalten in Temperatur und Feuchte/Wärme-Schränken