Elektroband verbessert Effektivität von Motoren bei hohen Drehzahlen

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Ummagnetisierungsverluste führen zu einem Widerstand in der Maschine. Das heißt: Ein Teil der elektrischen Energie wird nicht in Bewegung umgesetzt, sondern als Wärme abgegeben. Ummagnetisierungsverluste werden in Watt (W) pro Kilogramm Material gemessen.

Hohe Motordrehzalen erhöhen Ummagnetisierungsverluste

Sie sind unter anderem von der Frequenz, mit der die Ausrichtung des magnetischen Feldes im Eisenkern wechselt, abhängig. Die Frequenz korreliert wiederum mit der Motordrehzahl. Bei Antrieben von Elektrofahrzeugen kann sie über 1 kHz betragen.

Die Ummagnetisierungsverluste der Eisenkerne aus Elektroband beeinflussen somit direkt die Reichweite der Batterien – und damit die Größe, das Gewicht und letztlich die Kosten der Energiespeicher in den Fahrzeugen. Je weniger elektrische Energie in Wärme umgewandelt wird, desto höher ist die Effizienz des Antriebssystems.

Ein weiteres wichtiges Qualitätskriterium ist die Wärmeleitfähigkeit der Kerne. Nach Angaben der Thyssen-Krupp-Tochter muss sie möglichst hoch sein, damit die im Betrieb entstehende Hitze schnell abfließen kann und sich der Motor nicht zu sehr aufheizt. Die Qualität des verwendeten NGO-Elektrobandes sei daher mitentscheidend für die Effizienz, die Kosten und die Umsetzbarkeit zukünftiger Elektromotoren für die Automobilindustrie.

Ummagnetisierungsverluste fast um 30% verringert

Bei der Legierung 330-30 AP liegen die Ummagnetisierungsverluste bei 75 W pro Kilogramm Material. Im Vergleich zu den Verlusten einer Standardgüte mit 90 W pro Kilogramm sind sie damit um mehr als 15% niedriger. Die Blechdicke wurde von 0,35 auf 0,30 mm reduziert.

Noch weitere Verbesserungen verspricht eine aktuelle Weiterentwicklung, die Legierung 270-25 AP: Bei dieser Stahlgüte wurden Ummagnetisierungsverluste und Banddicke weiter verringert. Sie betragen nur noch rund 65 Watt pro Kilogramm beziehungsweise 0,25 mm und liegen damit fast 30% unter der Standardgüte.

Die angegebenen Ummagnetisierungsverluste gelten bei einer Frequenz von 1 kHz und einer Polarisation von 1 Tesla. Die Polarisation bezeichnet die Magnetisierbarkeit des Materials. Diese Eigenschaft hat Einfluss auf das Motordrehmoment.

Materialreinheit und Legierungselemente erhöhen Elektroband-Qualität

Ausschlaggebend für die guten magnetischen Eigenschaften von NGO-Elektroband sind die hohe Materialreinheit und der Gehalt an Legierungselementen von bis zu 4,5%. Laut Thyssen-Krupp Electrical Steel ermöglicht die Steigerung des Silizium- und Aluminiumgehalts die Verringerung von Ummagnetisierungsverlusten.

Allerdings habe das eine unerwünschte Nebenwirkung: Die Polarisation und Wärmeleitfähigkeit würden sich verschlechtern. Deshalb hat sich die Thyssen-Krupp-Tochter bei der Entwicklung auf die Textur des Werkstoffs konzentriert – das heißt: auf Größe und Lage der Kristallkörner, aus denen sich die Legierung zusammensetzt.

Einfluss auf die Textur haben der Werkstoff selbst und die darauf abgestimmten Verarbeitungsschritte (Bild 2 – siehe Bildergalerie). So werden den Standardgüten nach dem Warmwalzen vier Prozesse nachgeschaltet: Beizen, Kaltwalzen, Wärmebehandlung (im Durchlaufglühofen) und Beschichten. Bei den AP-Güten kommt eine zusätzliche Glühstufe dazu.

Verarbeitung auf optimale Elektroband-Eigenschaften abgestimmt

Thyssen-Krupp Electrical Steel hat zudem die komplette Prozesslinie optimiert, einschließlich des Glühprozesses. Ziel sei es, dass Korngröße und -ausrichtung für erstklassige Kennwerte sorgen. Eine wichtige Leistung kam dabei auch vom Oxygenstahlwerk 1 von Thyssen-Krupp Steel Europe in Duisburg. Von dort wird ein hochreines Vorprodukt für die Weiterverarbeitung geliefert. Entlang der gesamten Prozesskette arbeitet man mit Automobilbauern, Elektromotorenherstellern und Stanzern zusammen.

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