EnduroTemp™ 260+ verbessert den Wärmeübertragungskoeffizienten

10. Oktober 2019

Als das Essex MagForceX™ Innovation Center mit der Entwicklung von EnduroTemp™ 260+ begann, ging es darum, das Problem der Teilentladung – die so genannte Corona - zu lösen und die Betriebstemperatur eines Antriebsmotors zu erhöhen.

Beide konnten gelöst werden, wobei jedoch auch der Wärmedurchgangskoeffizient verbessert werden konnte.

Matt Leach, Leiter des MagForceX® Innovation Centers, erklärt, dass die Verbesserung des Wärmedurchgangskoeffizienten zwar ein unbeabsichtigter Erfolg gewesen sein mag, dem Produkt jedoch einen zusätzlichen Wert verleiht – und vor allem den Motorenentwicklern einen exponentiellen Wert.

„Wenn Sie die Leistungsdichte erhöhen oder die Leistung in diesem Motor erhöhen, wird die Wärme für den Widerstand erhöht, aber wenn Sie in der Lage sind, die Wärme schneller abzuleiten, macht es den Motor effizienter“, sagte er. „Das Isoliersystem hält einer höheren Betriebstemperatur stand, so dass selbst wenn es etwas heißer wird, die Isolierung selbst die Wärme schneller abführt als typische Isolierungen. Das ermöglicht es Ihnen, die Anlage heißer, länger und mit geringerem Risiko einer Beschädigung des Drahtes zu betreiben.“

EnduroTemp ™ 260+ ist ein Produkt, das Entwicklern die Möglichkeit bietet, die Leistungsdichte zu maximieren oder Magnetdrähte in neuen Hochtemperatur- und anspruchsvollen Anwendungen, einschließlich Frequenzumrichtern, einzusetzen.

Es handelt sich um eine Isolierung für Lackdrähte, mit der die Lebensdauer von Antriebsmotoren in kritischen Transportanwendungen verlängert wird. Sie wurde speziell entwickelt, um höheren Betriebstemperaturen standzuhalten und bietet eine branchenführende thermische Belastbarkeit von 265 °C. Das Produkt schützt den Motor auch vor Beschädigung durch die moderne Leistungselektronik, die den Motor steuert. Es hat eine Lackfilmoberfläche und eliminiert die bei allen Klebebandprodukten vorhandenen Grate, da Überschneidungen oder Spalten vermieden werden. Der Reibungskoeffizient ist auch viel besser als bei einem mit Klebeband umwickelten Produkt. Dies ermöglicht die Herstellung von Spulen in kürzerer Zeit.

EnduroTemp™ 260+ eignet sich insbesondere für den Einsatz im Transportwesen, jedoch nicht nur für konventionelle Fahrzeuge, da es bei Off-Road-Einsätzen, schweren Minenausrüstungen, Elektro-Nutzfahrzeugen und auch für anspruchsvolle Luft- und Raumfahrtanwendungen eine perfekte Lösung darstellen kann. Andere Hochtemperaturwicklungen werden einer Vielzahl unterschiedlicher Umgebungen ausgesetzt sein, z. B. die Wärmeabfuhr in Tunneln auf europäischen Märkten oder giftige Dämpfe an unterirdischen Arbeitsplätzen.

„Ich kann mir vorstellen, dass dies für Anwendungen mit hoher Wärmeentwicklung verwendet wird, wie z. B. Motoren, Generatoren, Starter, die unter Klimabedingungen mit hoher Wärmeentwicklung eingesetzt werden“, sagte Leach. "In der Vergangenheit wurde in einigen dieser Anwendungen Polyimid verwendet, aber dies ist ein ausgezeichneter, noch besserer Ersatz für Polyimid.

„Ein weiterer Schlüsselmarkt wären umrichtergetriebene Motoren, die sich in einem Industriemotor in einem Gebiet mit hoher Hitze befindet, oder in Bohrlochpumpen für Öl- und Gasexplorationen.“

Allan Knerr, ein F&E-Chemiker für Essex Magnet Wire, war der Haupterfinder des Produkts.

Er sagte, dass die Kombination der drei primären Vorteile, die zusammenwirken, zu einem revolutionären Produkt führen sollte.

Dieses Produkt könnte revolutionieren, wie wir über das Motorendesign denken, und würde es uns ermöglichen, die Grenzen der Gegenwart zu durchbrechen.

„Nun, offensichtlich beträgt die Wärmebeständigkeit 265 ℃ und damit ist es eines der am höchsten bewerteten Lackdraht-Materialien, wenn nicht sogar das am höchsten bewertete. Das ist sehr spannend. Die Tatsache, dass es sogar koronabeständig ist und einen so guten Wärmedurchgangskoeffizienten hat... ich bin mir sicher, dass der Wärmedurchgangskoeffizient in die thermische Belastbarkeit eingeflossen ist und dass er das Leben für Elektromotorenhersteller im Allgemeinen besser machen sollte“, sagte er. „Das klingt nach einem Sieger.“

„Sie wissen, dass wir an die Grenzen von Metall stoßen. Kupfer ist für bestimmte Temperaturbereiche geeignet. Aluminium ist geeignet für bestimmte Temperaturbereiche und wir nähern uns der Gebrauchstemperatur für diese Materialien, also bin ich mir nicht sicher, wie es nun weitergehen wird, aber jeder inkrementelle Gewinn, den wir erzielen können, wird es uns ermöglichen, mehr zu leisten.“

Leach stimmte zu und sagte, dass die Fähigkeit, bei 265 °C über die Testgrenzen von 20.000 Stunden hinaus zu arbeiten, sicherstellen wird, dass die Produkte, für die EnduroTemp™ 260+ installiert ist, über die Anforderungen der Anwendungslebensdauer hinaus halten können.

„Es wird helfen, einen Motor effizienter zu machen, was dann wiederum das gesamte Fahrzeug effizienter macht. Sie können entweder mit der gleichen Batterie eine längere Fahrzeit erreichen oder aufgrund des effizienteren Motors eine kleinere Batterie einsetzen“, sagte er. "Andere Teile des Motors würden zuerst ausfallen."

EnduroTemp™ 260+ wurde auf dielektrische Durchbruchspannung an verdrillten Adernpaaren mit 12 AWG bei einer Umgebungstemperatur von mehr als 11.000 Volt getestet. Der Puls-Dauertest an verdrillten Adernpaaren mit 12 AWG wurde nach 72 Stunden ohne Fehler gestoppt, gemessen nach der GB/T-21707-2008-Testmethode mit einer Anstiegszeit von 100 ns. Der Puls-Dauertest an verdrillten 18 AWG-Paaren wurde nach 20 Stunden ohne Fehler gestoppt, gemessen nach der GB/T-21707-2008-Testmethode mit einer Anstiegszeit von 100 ns. Der Inverter-Lebensdauer-Test an verdrillten Adernpaaren mit 18 AWG dauerte 294 Stunden, gemessen im UL-zertifizierten Drahttestlabor des Essex MagForceX® Innovation Center. Dieser Zeitrahmen ist dreimal besser als der des nächsten Branchenkonkurrenten.

Chris Richardson, Motorenentwickler und Ingenieur im MagForceX® Innovation Center, sagte, dass die produzierten Zahlen einfach revolutionär sind, insbesondere in Bezug auf die Wärmeleitfähigkeit.

"Wir haben von einigen Kunden Anekdoten erhalten, die besagen, dass einige dieser Motoren 10 bis 20 Grad kälter liefen", sagte er. „Für einige dieser Fälle mit hoher Teilentladung würden die Anwendungen ansonsten eine sehr dicke Emailschicht benötigen, um zu funktionieren. Indem Sie diesen Wärmeweg leitfähiger machen, können Sie die Wärme mit viel weniger Email leichter abführen. Dies ermöglicht dem Konstrukteur, das Design in verschiedene Richtungen zu verbessern, einschließlich Effizienz und Leistungsdichte.

„Die führenden Motorenhersteller versuchen, zusätzliche Wärmeleitfähigkeiten und dielektrische Schulungen voranzutreiben. Dies ist eine dieser Eigenschaften, von denen jeder weiß, dass sie besser werden müssen. Wenn man also sagen kann, dass es zwei- bis dreimal besser ist als ein Standard-Polyimid in Lacken in Bezug auf die Wärmeleitfähigkeit, dann bedeutet das eine Menge.“

Da EnduroTemp™ 260+ so viel besser ist als Standardlacke, könnte es Anwendungen geben, die es ermöglichen, mehr Conductor-Material auf dem gleichen Raum zu verpacken und die Leistungsdichte zu erhöhen. Es könnte Anwendungen geben, bei denen ein Konstrukteur möglicherweise eine dünnere Schicht benötigt, was zu unterschiedlichen Ergebnissen führen kann.

Laut Leach wächst die Liste der Anwendungen für das Produkt und der beste Weg, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen, ist die Rücksprache mit seinem Team.

„Es ist schwer, diesem Produkt in einem kurzen Gespräch gerecht zu werden, aber wir haben die Daten, um alles zu belegen“, sagte er. „Jemand mit einem Hintergrund in den Bereichen Elektrotechnik oder Motorenkonstruktion wird sehen wollen, was erreicht wurde und was noch getan werden kann, und wir freuen uns auf diese Diskussionen.“

„Unsere Marktexperten bringen täglich Ideen für neue Anwendungen ein, und das ist aufregend. Wir kennen die technische Seite, aber ich glaube, wir kratzen nur an der Oberfläche, wie EnduroTemp™ 260+ eingesetzt werden kann.“

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