Das Ziel des Forschungsprojekts KLIMA besteht darin, die bisher eingesetzten organischen Stoffe zur Leiterisolation durch eine keramikähnliche Beschichtung aus Aluminiumoxid zu ersetzen, da dieses eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist. Die höhere thermische Leitfähigkeit verbessert die Wärmeabgabe und sorgt so für einen höheren Wirkungsgrad. Zum Vergleich: Die thermische Leitfähigkeit von klassischem Isolierlack beträgt etwa 0,1 bis 0,2 W/(m·K), bei der Isolation mit Aluminiumoxid liegt der Wert zwischen 3 und 4 und ist somit um mehr als das Zehnfache besser.
Ein weiterer Vorteil der keramikähnlichen Isolation ist die höhere Hitzebeständigkeit der Wicklungen. Sie hält Temperaturen über 300 Grad Celsius stand.
Die isolierende Aluminiumoxidschicht auf dem Leiterdraht wird in einem elektrochemischen Prozess durch Anodisierung erzeugt. Die HTW Dresden und das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) entwickeln den Beschichtungsprozess gemeinsam. Das Team um Prof. Thomas Schuhmann von der Fakultät Elektrotechnik der HTW Dresden, der das Forschungsvorhaben leitet, führte im Vorfeld thermische und elektrische Simulationsrechnungen durch. Derzeit testet das Team anhand der am IKTS gefertigten Versuchsmuster, ob das neue Isoliersystem den auftretenden Belastungen standhält.
Basierend auf den Testergebnissen wird der Beschichtungsprozess am IKTS optimiert. Prüfung und Anpassung erfolgen in mehreren Zyklen mit der Zielsetzung, eine möglichst gleiche elektrische Durchschlagsfestigkeit wie bei der Lackisolation zu erreichen. Die Prozessentwicklung ist für Aluminiumdrähte etwas einfacher als für Kupferdrähte, da bei Letzteren eine direkte Anodisierung nicht funktioniert. Auf dem Kupferdraht wird zunächst eine Aluminiumschicht abgeschieden, die dann in einem weiteren Schritt oxidiert wird. Eine Anwendung der Beschichtungstechnologie auf Läuferstäbe oder Blechpakete von Asynchronmaschinen mit Kurzschlussläufer ist ebenfalls denkbar und wird im Rahmen des Projektes getestet.
Nach Abschluss der Prozessentwicklung wollen die Verbundpartner einen Demonstrator bauen, um auszuloten, welche Ressourceneffizienz mit der neuen Isolierung möglich ist. (jr)
