31st May 2023
Motorbleche sind kritische Komponenten des Stators und Rotors von Elektromotoren. Sie haben entscheidenden Einfluss auf den Wirkungsgrad, indem sie die räumliche Ausdehnung und Stärke der induzierten Wirbelströme begrenzen, die zu Leistungsverlusten und Verlustwärme führen können.
Diese Komponenten werden gewöhnlich aus dünnen Metalllagen hergestellt, die verbunden werden, um ein Paket zu bilden. Sie werden in Elektrofahrzeugen ebenso wie in industriellen Maschinen eingesetzt. In diesem Beitrag untersuchen wir die drei verbreitesten Verfahren zur Herstellung von Motorblechen für Rotoren und Statoren: Stanzen, Laserschneiden und fotochemisches Ätzen.
Stanzen von Motorblechen
Das Stanzen der Statorbleche ist ein traditioneller Prozess zur Herstellung von Motorblechen. Hierbei werden die Bleche mit einem Stempel aus gehärtetem Stahl aus einem größeren Blech ausgestanzt. Der Stempel wird jeweils in Form und Größe so ausgelegt, dass die gewünschten Spezifikationen für die Statorbleche erreicht werden, um das Teil präzise auszustanzen. Dieser Prozess wird für jede Lage wiederholt. So entsteht ein Stapel, der verschweißt wird, um den Kern des Elektromotors herzustellen.
Stanzen ist ein schnelles und effizientes Verfahren und damit ideal für große Stückzahlen in der Produktion. Nachteile sind die hohen Werkzeugkosten, die längeren Vorlaufzeiten und die Gefahr von mechanischer Beanspruchung an den Schnittkanten.
Laserschneiden von Motorblechen
Das Laserschneiden ist ein weiteres traditionelles Verfahren zur Herstellung von Motorblechen. Am Anfang des Laserschneidens steht eine CAD-Software (Computer Aided Design), um ein präzises und genaues Werkzeug nach den Anforderungen der Spezifikation zu erstellen. Die fertige CAD-Datei wird zur Laserschneidemaschine übertragen, die mit einem Hochleistungslaser die gewünschte Form aus dem Metallblech herausschneidet. Wie beim Stanzen wird auch dieser Vorgang wiederholt, bis schließlich alle Lagen des Rotors zusammengefügt werden, um den Kern des Elektromotors zu bilden.
Das Laserschneiden ist ein hochpräzises, flexibles und genaues Verfahren zur Herstellung von Motorblechen, das konsistent hochqualitative Ergebnisse liefert. Das Laserschneiden von Statorblechen hat aber auch Nachteile, die berücksichtigt werden müssen. Dazu gehört die thermische Beanspruchung, die die magnetischen Eigenschaften der Bleche für den Stator beeinträchtigen kann.
Chemisches Ätzen von Motorblechen
Beim fotochemischen Ätzen, einem weniger bekannten Verfahren zur maschinellen Bearbeitung von Metallblechen, wird mit einem chemischen Ätzmittel selektiv Metall aus einem Blech entfernt. Eingesetzt wird dieser Prozess zur Herstellung von Motorblechen wegen seiner Fähigkeit, präzise und komplexe Formen genau und konsistent zu erzeugen. Ein Metallblech wird mit einer Schicht eines UV-empfindlichen Fotolacks versehen und mit einem Muster belichtet, das der späteren Form entspricht. Dadurch härtet der Lack in bestimmten Bereichen aus, während er an allen anderen Stellen weich bleibt. Die weichen Bereiche werden anschließend ausgewaschen, bevor das Blech mit Eisenchlorid besprüht und Metall selektiv abgetragen wird. Im letzten Schritt wird der verbliebene Fotolack entfernt, sodass das geätzte Motorblech übrig bleibt.
So können Motorbleche ohne Schneiden und ohne thermische Beanspruchung der Kanten hergestellt werden
Einer der Hauptvorteile des Ätzens zum Herstellen von Statorblechen ist, dass die mechanischen und thermischen Beanspruchungen an den Schnittkanten entfallen, die beim Stanzen oder Laserschneiden auftreten. Im Unterschied zu den traditionellen Herstellungsprozessen, die mit direkter Berührung oder Wärmeenergie arbeiten, funktioniert das Ätzen berührungslos und ohne Erwärmung, um Metall mit einer chemischen Lösung von der Oberfläche des Blechs abzutragen. Dadurch hat das fertige Teil glattere und präzisere Kanten und die magnetischen Eigenschaften des Metalls bleiben erhalten.
Außerdem sorgt der Wegfall der mechanischen und thermischen Beanspruchungen an den Schnittkanten für eine konsistentere und schlankere Produktion mit einer insgesamt höheren Effizienz.
Flexibilität bei der Entwicklung und Herstellung von Motorblechen
Ein weiterer Vorteil des fotochemischen Ätzens ist seine Flexibilität und die Möglichkeit, verschiedenste Werkstoffe, z.B. Nickel-Legierungen und Siliziumstähle, zu verarbeiten. Diese Flexibilität eröffnet mehr Optionen bei der Entwicklung und Fertigung der Rotorbleche und sie erlaubt kundenspezifische Lösungen für besondere Anforderungen, die mit anderen Herstellungsverfahren wie dem Stanzen oder Laserschneiden nicht immer möglich sind.
Das Ätzen vereinfacht die Anpassung der Werkzeuge, da weder kostspielige Stempel angefertigt noch Maschinen neu programmiert werden müssen. Da dieser Prozess keine teuren Werkzeuge benötigt, senkt er die Kosten und verkürzt die Vorlaufzeiten.
Zusammenfassung
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Ätzen gegenüber den traditionellen Herstellungsverfahren wie dem Stanzen und Laserschneiden für die Fertigung von Motorblechen zahlreiche Vorzüge hat. Dieser berührungslose Prozess ohne Erwärmung funktioniert ohne mechanische und thermische Beanspruchungen an den Schnittkanten und liefert hochwertige Komponenten ohne Beeinträchtigung der magnetischen Eigenschaften des Metalls. Außerdem ist das Ätzen flexibler und es ermöglicht die präzise Herstellung komplexer Formen aus den verschiedensten Werkstoffen. Darüber hinaus vereinfacht es Änderungen an den Werkzeugen, es reduziert die Kosten und minimiert die Vorlaufzeiten. So wird es zu einer interessanten Lösung für Hersteller, die nach einer effizienten und kostengünstigen Lösung suchen, um ihre Produktion von Motorblechen zu verbessern.
