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Direct filament wound rotor carbon resin sleeves by bulk curing and layer-by-layer Electron beam polymerisation

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Neuartige Rotorhaltehülsen für Klimaanlagen in Flugzeugen

In Flugzeugen verwendete Klimaanlagen (Air Conditioning System, ACS) müssen nachhaltige Energievorteile und mehr Leistungsfähigkeit vorweisen können. Eine EU-Initiative zielte darauf ab, die Klimaanlagen zu verbessern, um diese Anforderungen zu erfüllen.

Industrielle Technologien

Elektrisch angetriebene Klimaanlagen für Flugzeuganwendungen erfordern einen Hochgeschwindigkeitsmotorverdichter auf Basis von Permanentmagnetrotortechnologie. Eine Lösung besteht darin, deren Haltehülsen in einem Direktfaserwickelverfahren herzustellen, einem Fertigungsverfahren, das die größte Kontrolle über die Faserplatzierung und Einheitlichkeit der Struktur ausübt. Mit EU-Finanzmitteln sollte das Projekt E-SLEEVE (Direct filament wound rotor carbon resin sleeves by bulk curing and layer-by-layer electron beam polymerisation) ein Direktfaserwickelverfahren am Rotor entwickeln, so dass das Filament ausreichend Zugstärke hat, um eine Vorspannung auf die Magneten auszuüben. Dazu musste man eine optimale Harz-/Faserkombination finden, die Betriebsbedingungen wie Temperatur und Feuchtigkeit widerstehen kann und dennoch zum Faserwickeln geeignet ist. Die Projektpartner konzipierten, entwickelten und demonstrierten zwei verschiedene Verfahren zum Faserwickeln von Kohlenstoffhülsen. Die Hülsen wurden in den elektrischen Rotor von Hochgeschwindigkeitsmotorkompressoren für Flugzeugklimaanlagen integriert. Beim Filamentwickeln werden Faserfäden mit einem Harz benetzt und dann in verschiedenen Winkeln um einen rotierenden Kern gewickelt, um mechanischen Anforderungen zu entsprechen. Die Struktur härtet dann aus und der Kern wird entfernt. Die Hülsen dienen hauptsächlich dazu, um Magnete auf Hochgeschwindigkeitsrotoren zu halten und werden in zunehmendem Maße in einer Vielzahl von Anwendungen gebraucht, um Geschwindigkeit und Energieeffizienz zu verbessern. Die Verfahren wurden durch die Fertigung der erforderlichen neun Hülsen direkt an der Rotor-Unterbaugruppe unter Einsatz zwei alternativer Verfahren validiert. Beide Prozesse mussten den erforderlichen radialen Druck und die Zuverlässigkeit beim garantiert sicheren Halten der Rotormagnete bei hoher Drehzahl und unter Betriebsbedingungen nachweisen. E-SLEEVE entwickelte Kohlenstoffhülsen, die durch Faserwickeln hergestellt und direkt an einem Rotor des Elektromotors gewickelt werden. Somit konnten die Bauformen der Rotoren und der Hülsen verbessert werden. Dank der neuen Hülse sind eine gesteigerte Leistung und Zugewinne in der Logistik sowie eine mögliche Senkung der Herstellungskosten zu erwarten.

Schlüsselbegriffe

Klimaanlagen, Flugzeuganwendungen, Direct Filament Winding, Direktfaserwickeln, Präzisionswickelverfahren, Kohlenstoffharzhülsen, Elektromotorrotor

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