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Entwicklung einer Familie elektrischer Maschinen für Landmaschinen
26.06.2013
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Seite 2
ZAPI-Group
ZAPI
ZIVAN
Best Motor
ZTP
Schabmüller
Inverters & Controllers von 12V bis 600V
High Freq. Batterieladegeräte / DC/DC Konverter
AC/DC/PM Elektrische Motoren bis 30 kW
Joysticks, Datalogger und Special Applications
AC/BLDC/PMAC Elektrische Motoren bis 200 kW
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Seite 3Seite 3
Gebäude12.500 m² in Berching, Deutschland
Firmengebäude
Mitarbeiter
Vertrieb/Service 23
Konstruktion 24
Produktion 278
Logistik 29
Verwaltung 26
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MaterialHandling
Bau-maschinen
Land-wirtschaft
LKWBusse
Anwendungen
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1. Lastkollektiv, Kennfeld
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2. Lastenheft, Testplan
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3. Abschätzung der Realisierbarkeit
• Überprüfung des Bauraumes• Festlegung der Hauptabmessungen• Motorentechnologie• notwendige Kühlung• Entscheidung für Modularität• Grenzen werden sichtbar
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4. Berechnung und Simulation4.1. Überprüfung Konzept
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4. Berechnung und Simulation4.2. Ergebnis und Ersatzschaltbild
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4. Berechnung und Simulation4.3.Grenzkennlinien
Kurzschlußverhalten
Maschine ist kurzschlußfest
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4. Berechnung und Simulation4.4. Zusammenfassung
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5. Konstruktion V1
Ausgestaltung der Optionen:
• Wellenenden
• Gehäuseabmessungen
• Orientierung des Klemmenkastens
• V1 noch mit „pigtails“für die analogen Signale der Sensoren
• ca. 25 Maschinen ausgeliefert
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5. Prüfung5.1. Leerlauf, U, Pv, R
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5. Prüfung5.2. Sensor, Kennlinie, Temperaturen
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5. Prüfung 5.3. Kurzschluß, Arbeitspunkte
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6. Konstruktion V2
•Motor mit EIB
•keine „pigtails“
•keine analogen Signale
•ca. 10 Maschinen ausgeliefert
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6. Konstruktion V2
•V2 Prototypen mit EIB
•Amphenol Steckverbinder
•flexibler Anbau möglich
•Parameterupload nach Montage
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7. industrielle Fertigung
• ca. 50% der notwendigen Investitionen für die industrielle Fertigung der Maschine werden für die Herstellung der Blechpakete der benötigt >Folgeschnittwerkzeug
• die Kosten für lasergeschnittene Bleche bei kleinen Stückzahlen (Prototypen und Kleinserie 100 … 200) sind sehr hoch
• Schabmüller hat sich deshalb entschlossen in diese Werkzeuge zu investieren - Verfügbarkeit 1Q 2014
• sorgfältige Überlegungen in der Konzept-phase erlauben eine kostengünstige Herstellung
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8. Preise
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9. Zusammenfassung
• Auf der Basis einer hinreichenden Spezifikation wurde eine Permanentmagnetmaschine, geeignet für den Einsatz in Anbaugeräten ausgelegt, konstruiert, getestet und V1 und V2 Prototypen wurdenausgeliefert.
• Die Maschinen erfüllen die geforderten Spezifikationen
• Das Konzept der Maschine erlaubt eine gute Flexibilität bei der Berücksichtigung von Kundenwünschen z.B. Leistungsbedarf (5) 8 … 21 (25) kW S1 (Dauerleistung) @ 5000 rpm, mechanische Schnittstelle, Lage und Orientierung des Klemmenkastens, Art der verwendeten Sensoren, Kühlung ….
• Für die kostengünstige Herstellung der Maschinen auch bereits bei kleinen Stückzahlen investiert Schabmüller in die notwendigen Werkzeuge
• Das Konzept der Maschine erlaubt die Fertigung wichtiger Komponenten auf bereits vorhandenen Produktionsanlagen ausreichender Kapazität
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10. Highlights
Die Maschinen sind ausgelegt für den Betrieb in der Landwirtschaft:
• ausreichende und effiziente Kühlung• Betrieb bei hohen Umgebungstemperaturen ist möglich• robuste, einfache Konstruktion• alle Alu-Gehäuseteile sind anodisiert – chemische Beständigkeit• Verlustleistungen wurden optimiert -> Wirkungsgrade ~ 95%• Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzung, Reinigung • Unempfindlichkeit gegenüber Schlag, Stoß, Partikeln, …• Hohe Überlastbarkeit• zahlreiche Optionen sind möglich
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11. Abmessungen, Gewicht
Typische Masse- Leistungsverhältnisse drehzahlnormiert- Dauerleistung S1
• Konvektionsgekühlte Maschine ASM IP 20 10.0 kg/kW• Konvektionsgekühlte Maschine ASM IP 43 12.5 kg/kW• Konvektionsgekühlte Maschine PM IP 43 4.0 kg/kW• Aussenmantelkühlung Luft PM IP 43 2.5 kg/kW• Wassergekühlte Maschine PM IP 43 2.0 kg/kW• Direkt-ölgekühlte Maschine PM IP 43 0.6 kg/kW
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12. Electric Motor Family TreeElectric Motors
AC DC
Asynchronous Synchronous
Induction
Polyphase
Wound Rotor Squirrel Cage
Single Phase
Capacitor Shade Pole
Brushless DC
Sine wave Hysteresis Step Reluctance
Permanent Magnet
Wound Field
Variable Reluctance
Permanent Magnet
Hybrid
Switch Reluctance
Synchronous Reluctance
Commutator Homopolar
Permanent Magnet
Wound Field
Shunt Compound Series
Universal
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13. Ausblick November 2013
• luftgekühlte 20 kW Maschine mit integriertem FU
• 700 V DC
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• Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!