Aufrufe
vor 1 Monat

antriebstechnik 8/2017

Antriebstechnik 8/2017

KOMPONENTEN UND SOFTWARE

KOMPONENTEN UND SOFTWARE Clipsen oder kleben? Elektromotorenbau: Dauerhafte Verbindung von Magnet und Gehäuse Beim Befestigen von Magneten in Elektromotoren setzt sich zunehmend das Kleben durch – und die induktive Erwärmung zur Beschleunigung des Aushärteprozesses. Einkomponentige Konstruktionsklebstoffe auf Epoxidharz-Basis bieten dabei spezifische Vorteile. Lesen Sie mehr. Im Wettbewerb der Verbindungstechniken hat das Kleben in den vergangenen Jahren deutlich an Marktanteile hinzu gewonnen. Das gilt für so unterschiedliche Anwendungsfelder wie den Karosseriebau in der Automobilfertigung und die Produktion von Elektromotoren. Hier – im Elektromotorenbau – kommen Konstruktionsklebstoffe zunehmend u. a. bei der Befestigung von Magneten in Gleichstrommotoren zum Einsatz, und dafür gibt es gute Gründe. Vor- und Nachteile des Klebens Gegenüber rein mechanischen Fügeprozessen bietet das Kleben den Vorteil, dass Spannungen gleichmäßig über die Fügefläche verteilt werden. Da keine Metallkomponenten benötigt werden, reduzieren sich die Magnetisierungsverluste was der Motorleistung zu Gute kommt. Zugleich wird die mechanische Festigkeit erhöht, und der Motor läuft insgesamt ruhiger. Viele Hersteller von Elektromotoren, insbesondere diejenigen, die Motoren in großer Serie für die Automobilindustrie (Lüfter-, Starter- und Wischermotoren; Motoren für „Komfortantriebe“) produzieren – haben daher ihre Fertigung auf Klebeverfahren umgestellt und dabei im ersten Schritt zumeist auf zweikomponentige Acrylatklebstoffe gesetzt. Ralf Partenheimer ist Sales Manager bei der Three Bond GmbH in Düsseldorf Induktionsaushärtung zweikomponentiger Klebstoffe Für diese Klebstoffe gelten zwar die zuvor erwähnten Vorteile. Ihr Einsatz bringt jedoch auch einige spezifische Nachteile mit sich. So müssen die beiden Komponenten des Klebstoffs abgewogen, gemischt und entschäumt werden. Unter Umständen treten Ausgasungs- und Toxizitätsprobleme auf und die geforderte thermische und chemische Beständigkeit ist nur bedingt gegeben. Besonders ärgerlich sind jedoch aus Sicht der Hersteller die vergleichsweise langen Aushärtezeiten von reaktiven zweikomponentigen Klebstoffen. Bei Raumtemperatur benötigt die Verbindung in der Regel 10 bis 60 min, um die Festigkeit für die weitere Handhabung zu erreichen. Diese Zeit kann man zwar durch einen Induktionswärmezyklus auf 10 bis 15 s beschleunigen, was zumindest die Großserienhersteller von Elektromotoren auch durchweg getan haben, aber die zuvor genannten Nachteile werden dadurch nicht behoben. Lösung: Einkomponenten-Klebstoffe und Induktionsaushärtung Gelöst werden diese Probleme, indem man beim Kleben bleibt, aber einen einkomponentigen Klebstoff auf Epoxidharz-Basis einsetzt und diesen durch lokale induktive Erwärmung aushärtet. Diese einfache und kosteneffektive Lösung haben inzwischen viele Hersteller erkannt. Nach einem Test des Verfahrens haben sie im laufenden Fertigungsprozess auf das Induktionskleben umgestellt oder entschieden, dass sie dieses Verfahren bei zukünftigen Anwendungen einsetzen wollen. 42 antriebstechnik 8/2017

KOMPONENTEN UND SOFTWARE 01 Induktionskleben von Magneten in Gleichstrommotoren 02 Temperaturkurve beim Induktionskleben Messpunkt C Messpunkt B Magnet 1K-Epoxidharz Temperatur [°C] 250 200 Messpunkt A Induktor Induzierter Wirbelstrom Abschirmung Motorgehäuse 150 100 50 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 A B C Zeit [s] Im Allgemeinen wird beim Induktionskleben von Magneten in Elektromotoren ein wärmeaushärtendes, einkomponentiges Epoxidharz verwendet, das nach nur 30 bis 40 s Erwärmung durch Induktion vollständig aushärtet. Selbst diese kurze Zeit ist in der hoch automatisierten Massenproduktion jedoch oft noch zu lang, da die Taktzeiten bei 5 bis 10 s liegen. Das lässt sich kompensieren, indem die Bauteile in mehreren hintereinander angeordneten Stationen induktiv erwärmt werden, dieses sorgt in Summe für den benötigten Energieeintrag und verkürzt die Taktzeit erheblich. Inline-Qualitätskontrolle des Klebprozesses Unabhängig von der Zeitdauer ist, ähnlich wie beim Punktschweißen, die Wirksamkeit der Befestigung während der induktiven Heizphase entscheidend für die dauerhafte Stabilität der Klebestelle. Da sich schnell eine erste Handfestigkeit einstellt, können die Fixierungen bereits wenige Sekunden nach dem ersten Erwärmen wieder gelöst werden. Häufig ist es auch nicht nötig, die gesamte Klebefläche durch Induktion auszuhärten. Die thermische Leitfähigkeit der Substrate ist meist ausreichend, sodass ein punktuelles Erwärmen oft völlig ausreicht. Gerade in den Anwendungen, die mit dem Induktionsaushärten der Klebeverbindung von Magneten in Motorengehäusen adressiert werden, spielt die Inline-Qualitätskontrolle eine wichtige Rolle. Ermöglicht wird die „Null-Fehler-Produktion“ durch vollautomatische Induktionsanlagen mit Inline-Qualitätskontrolle jedes einzelnen Klebevorgangs. Anlagen für die Produktion von 60 bis 660 Motoren pro Stunde Nach Ansicht von Three Bond als Hersteller hochleistungsfähiger Epoxidharz-Klebstoffe für den Elektromotorenbau stehen den Elektromotoren-Herstellern zurzeit unterschiedliche Anlagenkonzepte bzw. Produktionsstrategien für das induktive Aushärten von Klebverbindungen zur Verfügung. Es gibt einfache manuelle Systeme mit einer Leistung von etwa 60 Motoren pro Stunde, mittelgroße halbautomatische Anlagen mit einem maximalen Output von 300 Motoren pro Stunde und auch vollautomatisierte Produktionsanlagen mit einer Kapazität von bis zu 660 Motoren pro Stunde. Die vollautomatisierten Anlagen haben sich durch die Integration von ebenfalls vollautomatischen Qualitätssicherungsmaßnahmen wie z. B. Temperaturüberwachung, Positionsmessung und Push- Out-Tests jedes Motors als außergewöhnlich zuverlässig herausgestellt. Sie gewährleisten ein zuvor unerreichtes Qualitätsniveau von 20 ppm Fehlerrate. Auch im Hinblick auf zentrale Parameter wie Position und Parallelität der Magnete, Größe des Fugenspaltes und Innendurchmesser des Magnetsystems erreichen sie reproduzierbar hohe Spitzenwerte. Motoren, die als „n. i. O.“ erkannt werden, schleust das System automatisch aus. Rissbildung kann konstruktiv vermieden werden In der Vergangenheit gab es teilweise Vorbehalte gegenüber der Aushärtung durch Induktion, weil die schnelle Erwärmung angeblich zu Rissbildung in den Magneten führen könne. Diese Problematik lässt sich nicht von der Hand weisen, kann man aber leicht vermeiden: Indem man Klebstoff und Wärmeprofil an die Bauform von Magneten und Motorgehäusen anpasst und somit sicherstellt, dass die Magnete nicht zu hoch belastet werden. Auf diese Weise kann man diesen Vorbehalt zuverlässig ausräumen, wie das folgende Beispiel demonstriert. Anwendungsbeispiel: Gleichstrom-Wischermotor Das praktische Beispiel eines Gleichstrommotors für Kfz-Scheibenwischer zeigt die Parameter bei der Induktionsaushärtung eines einkomponentigen Epoxidharzes. Im Motorgehäuse, das bei einem Durchmesser von 60 mm eine Höhe von 90 mm und eine Wandstärke von 2,5 mm aufweist, sollen Magnete mit der Abmessung 40 × 60 × 8 mm (H × B × D) befestigt werden. Als Klebstoff kommt ein 1K-Epoxidharz vom Typ Three Bond 2273E zur Anwendung. Während der Induktionsdauer von 40 s wird eine Energie von 125 kWs aufgewendet. Die Temperaturmessung wurde gleichzeitig an drei Punkten durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass der Magnet (Messpunkt C) während der Induktion mit einer Maximaltemperatur von nur 150 °C beaufschlagt wird – eine Temperatur, die hinsichtlich der Rissbildung völlig unkritisch ist. www.threebond.de antriebstechnik 8/2017 43

Aktuelle Ausgabe