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Thyssen-Krupp Electrical Steel

Elektroband verbessert Effektivität von Motoren bei hohen Drehzahlen

| Redakteur: Josef-Martin Kraus

Nicht kornorientiertes Elektroband hat das Potenzial zur Steigerung der Effektivität von Elektromotoren bei hohen Drehzahlen. Verringerte Ummagnetisierungsverluste machen es möglich. Entwickelt wurden hochreine Legierungen mit erhöhtem Silizium- und Aluminiumanteil, die bei Elektrofahrzeugen die Energieeffizienz erhöhen.

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Bild 1: Um die Ummagnetisierungsverluste von nicht kornorientiertem Elektroband zu verringern, wurde der Silizium- und Aluminiumanteil erhöht. (Bild: Thyssen-Krupp Steel Europe)
Bild 1: Um die Ummagnetisierungsverluste von nicht kornorientiertem Elektroband zu verringern, wurde der Silizium- und Aluminiumanteil erhöht. (Bild: Thyssen-Krupp Steel Europe)

Mit zunehmender Rotordrehzahl steigen die Ummagnetisierungsverluste in Elektromotoren. Sie werden von ferromagnetischen Motorteilen als Wärme an die Umgebung abgegeben. Weil die Motoren von Elektro- und Hybridfahrzeugen bei hohen Drehzahlen laufen, beeinträchtigt dieser energetische Verlust die Reichweite der Batterien.

Stahl für energieeffiziente Elektromotoren

Dieser Zielkonflikt lässt sich metallurgisch lösen. Das zeigt die Thyssen-Krupp Electrical Steel GmbH, Bochum, mit der Entwicklung der Elektrobandlegierung 330-30 AP (Bild 1).

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Die Tochtergesellschaft der Thyssen-Krupp Steel Europe AG stellt nicht kornorientiertes Elektroband her – non grain oriented (NGO) electrical steel: einen weichmagnetischen Stahl, der in elektrischen Maschinen als Eisenkern den magnetischen Fluss bündelt und verstärkt. Das NGO-Elektroband beeinflusst wesentlich die Leistungsfähigkeit und Effizienz elektrischer Maschinen. Man findet es zum Beispiel in Industriemotoren, Haushaltsgeräten, Bahnantrieben und Windkraftanlagen.

Elektromobilität eröffnet neuen Absatzmarkt für Elektroband

Mit der Markteinführung von Elektrofahrzeugen wird in der Automobilindustrie ein nennenswerter Absatzmarkt entstehen: Marktstudien gehen davon aus, dass im Jahr 2020 innerhalb der EU bis zu 3 Mio. Elektroautos fahren werden. Dafür sind etwa 40 bis 100 kg Elektroband pro Motor erforderlich.

Dazu kommen etwa 4 Mio. Straßenfahrzeuge mit Hybridantrieben, die jeweils mit rund 10 bis 30 kg Elektroband zu Buche schlagen. Für Elektrobandhersteller wie Thyssen-Krupp Electrical Steel eröffnet sich damit ein Absatz von 150000 bis 300000 t Stahl im Jahr. Das sind etwa 15% des heutigen Gesamtmarkts für nicht kornorientiertes Elektroband.

Motordrehzahl von Elektrofahrzeugen höher als bei Produktionsmaschinen

Wesentliche Herausforderung bei der Entwicklung von geeignetem Elektroband für die Motoren sind vor allem die hohen Drehzahlen. Bei industriellen Anwendungen sind sie viel niedriger. So werden Spindeln von Arbeitsmaschinen mit 5000 bis 8000 min–1 angetrieben. Bei rein elektrisch angetriebenen Automobilen kann dagegen die Drehzahl bis zu viermal höher liegen. Um dabei die Energie möglichst effizient „auf die Straße“ zu bringen, müssen die Motoren Eisenkerne mit möglichst niedrigen Ummagnetisierungsverlusten haben.

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