Kohlefaserhülsen, eine wichtige Art von Rotorhülsen für Hochgeschwindigkeitsmotoren, finden zunehmend Anwendung. Dennoch bestehen weiterhin einige Missverständnisse hinsichtlich ihrer Verwendung. Dieser Artikel zielt darauf ab, diese Missverständnisse auszuräumen und ein genaueres Verständnis ihrer Anwendung zu vermitteln.
Tabelle: Häufige Missverständnisse und korrekte Interpretationen von Kohlefaserhülsen in Hochgeschwindigkeitsmotoranwendungen
| Missverständnis | Richtiges Verständnis |
| ① In der Annahme, dass die Wicklungsspannung direkt die endgültige Interferenzkraft für die Permanentmagnete auf dem Motorrotor liefert. | Kohlenstofffaserhülsen bestehen hauptsächlich aus Kohlenstofffasern und einer Harzmatrix. Beim Nasswickeln haften die Kohlenstofffasern unter hoher Spannung zusammen mit der Harzmatrix an der Wellenoberfläche, sind aber in diesem Stadium noch nicht vollständig ausgehärtet. Während der Aushärtung führt der Temperaturanstieg zu einer thermischen Ausdehnung von Welle, Fasern und Harz, was einen teilweisen Verlust der Wickelspannung zur Folge hat. Beim Trockenwickeln verläuft die Aushärtung schneller und ist weniger von der thermischen Ausdehnung betroffen, sodass der Spannungsverlust relativ geringer ist. Dennoch kann die Wickelspannung nicht als die endgültige Kraft betrachtet werden, die auf die Magnete wirkt. |
| ② In der Annahme, dass die Hülsenabmessungen direkt durch den beim Aushärten verwendeten Dorn bestimmt werden | Beim Nasswickeln werden die Kohlenstofffasern durch das Harz auf der Oberfläche des Dorns fixiert, jedoch nicht vollständig ausgehärtet. Während des Erhitzens und Aushärtens dehnt sich der Dorn aus. Nach dem Abkühlen, wenn die Hülsenabmessungen festgelegt sind, schrumpft der Dorn. Daher müssen die thermischen Ausdehnungen und Kontraktionen des Dorns bei der Festlegung der endgültigen Hülsenabmessungen berücksichtigt werden. |
| ③ In der Annahme, dass die Leistung von Kohlenstofffasern allein als Konstruktionsstandard für die Hülse herangezogen werden kann. | Da Kohlenstofffaserhülsen aus Filamenten und Harz bestehen, reicht es nicht aus, allein die Filamenteigenschaften als Konstruktionsgrundlage zu verwenden. Stattdessen sollten Leistungsparameter, die durch Zugfestigkeitsprüfungen an NOL-Ringen (GB/T1458-2008) oder Plattenprüfungen ermittelt wurden, als Konstruktionsreferenzen herangezogen werden, da sie die tatsächliche Leistung der Hülse im Einsatz besser widerspiegeln. |
| ④ In der Überzeugung, dass die Auswahl hochwertigster Kohlenstofffasern stets die beste Lösung für die Rotorkonstruktion darstellt. | Die für einen Hochgeschwindigkeitsmotorrotor geeignete Kohlenstofffaserqualität hängt primär von den Betriebsbedingungen des Rotors (z. B. Drehzahl, Umfangsgeschwindigkeit) ab. Die Hauptfunktion der Hülse besteht darin, Magnetversagen durch Zentrifugalkräfte zu verhindern. Solange die Sicherheitsmargen eingehalten werden, ist es sinnvoller, eine geeignete Kohlenstofffaserqualität anstelle der höchsten Qualität zu wählen. Die Wahl unnötig hoher Qualitäten erhöht die Kosten, behindert die Massenproduktion und führt zu Ineffizienz im Design und überhöhten Ausgaben. |
| ⑤ Die Annahme, dass der Wärmewiderstand in der Entwurfsphase nicht berücksichtigt werden muss | Wie bereits erwähnt, hängt die Leistung von Kohlefaserhülsen maßgeblich von der Harzmatrix ab, die temperaturempfindlich ist. Bei Überschreitung bestimmter Grenzwerte kann sich die Leistung der Hülse verschlechtern, und in schweren Fällen kann es zu Rotorausfällen kommen. Daher muss die Harzauswahl auf der zu erwartenden Betriebstemperatur des Rotors basieren. Aktuell verfügbare Harzmatrizen, darunter Epoxidharz, PEEK und andere, sind typischerweise für Temperaturen zwischen ca. 100 °C und über 200 °C geeignet. |
