Die Plasmabehandlung aktiviert die Oberfläche von Motorisolationskomponenten und erhöht so deren Oberflächenenergie. Dadurch erhalten Lacke, Harze und Vergussmassen eine saubere molekulare Grenzfläche für die Haftung. Dies reduziert das Risiko von Teilentladungen und verbessert die Koronabeständigkeit des Isolationssystems.
Was verursacht Probleme mit der Motorisolation und Koronaentladungen?
Moderne Elektrofahrzeugantriebe entwickeln sich hin zu 800-V- bis 1200-V-Architekturen, und die damit einhergehende elektrische Belastung übersteigt die Belastbarkeit herkömmlicher Isolationssysteme. Drei Faktoren sind die Hauptursache für Isolationsausfälle in Hochspannungsmotoren.
Wie das Schalten von Wechselrichtern das Isolationssystem belastet
Die Hochfrequenz-Spannungsschaltung von Siliziumkarbid-Wechselrichtern erzeugt schnelle Spannungstransienten, die das dielektrische Material an Schwachstellen im Wicklungsstapel wiederholt belasten.
Wenn die Feldstärke an diesen Punkten die Ionisierungsschwelle der Luft überschreitet, beginnt die Koronaentladung.
Einen direkten Vergleich der Plasma- und Corona-Behandlungsmethoden finden Sie hier. Unser Vergleich von Plasma- und Coronabehandlung.
Wo sich die Koronaentladung im Motor konzentriert
Koronaentladungen entstehen nicht gleichmäßig in den Isolationssystemen von Elektromotoren. Sie konzentrieren sich dort, wo die elektrische Feldstärke am höchsten und der Materialkontakt unvollständig ist.
- Austrittspunkt der Statorwicklungsnut: Hier geht der Leiter von der Nut zur Endwicklung über.
- Spulenenden: Hier treten am ehesten Luftspalte zwischen Leitern und Isolierung auf.
- Statorlaminat-Grenzflächen: Stellen, an denen das Isolierpapier auf den Laminatstapel trifft.
Sobald an diesen Stellen die Koronabildung einsetzt, erodieren Ozon- und Stickoxid-Nebenprodukte das Polymer chemisch, was zu Versprödung und fortschreitender Karbonisierung führt, die wiederum Kurzschlüsse zwischen den Windungen zur Folge hat.
Warum Isolierpolymere schwer zu verkleben sind
Hochleistungspolymere wie Polyimid und PEEK sind von Natur aus chemisch inert. Lacke und Vergussmassen perlen auf Oberflächen mit niedriger Oberflächenenergie ab, anstatt sich zu verteilen, wodurch mikroskopisch kleine Hohlräume an der Grenzfläche entstehen. In diesen Hohlräumen kommt es unter hochfrequenter elektrischer Belastung zu Teilentladungen.
Was bedeutet Plasma-Oberflächenaktivierung Was ist mit Wicklungen und Isolierung?
Die Kaltplasmabehandlung verändert die Molekularstruktur von Isolieroberflächen, ohne deren dielektrische Eigenschaften oder physikalische Abmessungen zu beeinflussen. Sie arbeitet bei atmosphärischer Druck und lässt sich ohne zusätzliche Infrastruktur in bestehende Motorenmontagelinien integrieren.
Veränderungen an der Oberfläche nach der Behandlung
Wenn der Plasmastrahl mit der Isolieroberfläche in Kontakt kommt, werden submikronäre organische Verunreinigungen abgebaut und als Gas abgeführt.
Gleichzeitig werden polare funktionelle Gruppen, darunter Hydroxyl- und Carboxylgruppen, in die Oberfläche eingeführt und ersetzen inerte Molekülbindungen. Die Oberflächenenergie steigt von etwa 30 mN/m bei unbehandeltem Polyimid auf über 72 mN/m nach der Behandlung. Dies ist der Schwellenwert, ab dem Lacke und Harze in mikroskopische Spalten eindringen, anstatt diese zu überbrücken.
Ausrüstung für komplexe Wicklungsgeometrien
Haarnadelwicklungsenden, Nutausgänge und Spulenstaboberflächen stellen Geometrien dar, die mit großflächigen Behandlungssystemen nicht gleichmäßig erreicht werden können.
KeyLink PL-5010P Es handelt sich um ein Ein-Düsen-System mit stufenlos einstellbarer Leistung zwischen 800 VA und 1500 VA. Seine kompakte Bauform und die universelle Pistolenhalterung ermöglichen die Montage an Roboterarmen zur gezielten Inline-Behandlung schmaler und komplexer Wickelbereiche vor dem Lackieren oder Vergießen.
Zur Behandlung des Statorstapels vor der Harzimprägnierung, PL-5050-2 Die Plasmaschneidanlage arbeitet mit zwei rotierenden Brennerköpfen mit je 1000 W Leistung. Bei einer Drehzahl von 2000 bis 3000 U/min erzeugt sie eine gleichmäßige 360-Grad-Plasmaverteilung auf mittleren bis großen Oberflächen und kann so unterschiedliche Werkstückgeometrien auf derselben Linie bearbeiten.
Alle KeyLink-Plasmaanlagen werden vor dem Versand einem 24-stündigen Dauertest unterzogen, der Langlebigkeit, Geschwindigkeit und Betriebsstabilität umfasst. Die Anlagen sind nach ISO 9001:2015, CE, LVD und ETL zertifiziert.
Wie verbessert die Plasmabehandlung die Stabilität von Beschichtungen, Vergussmassen und Verbindungen?
Die Verbesserung der Oberflächenspannung durch Plasmabehandlung ist entscheidend dafür, ob der Verguss- oder Lackiervorgang die Spezifikationen erfüllt. Bei unzureichender Oberflächenenergie dringen die bei der Vakuumdruckimprägnierung verwendeten Harze nicht vollständig in die Wicklungsspalte ein, und die verbleibenden Hohlräume bilden Ausgangspunkte für Teilentladungen.
Durch Plasmabehandlung entfällt die Notwendigkeit chemischer Grundierungen vor der Beschichtung, wodurch ein Prozessschritt und der damit verbundene Umgang mit Lösungsmitteln entfallen. Für Isolationsbauteile von Motoren der Schutzklasse H und höher bietet eine plasmabehandelte Oberfläche die Haftungskonsistenz, die mit Grundierungsbehandlungen im Produktionsmaßstab nicht erreicht werden kann.
Welche Vorteile bieten Koronabeständigkeit und Langzeitzuverlässigkeit?
Die Leistungsverbesserungen durch die Plasmabehandlung sind in jeder Phase des Isolationssystems messbar, von der Verbindungsstelle bis hin zur elektrischen Leistung am Ende der Lebensdauer.
| Nutzen | Mechanismus | Produktionsindikator |
| Höhere Koronaresistenz | Hohlraumfreie Bindung erhöht die Koronaeinsatzspannung | Teilentladungsprüfung, UV-Kamerainspektion |
| Verbesserter Isolationswiderstand | Eine sauberere Schnittstelle reduziert Leckagepfade | Prüfung des Isolationswiderstands von Motoren (Megger) |
| Verlängerte Lebensdauer | Eine gleichmäßige Beschichtung widersteht thermischer und elektrischer Zersetzung | Spannungsfestigkeitsprüfung unter beschleunigter Belastung |
| Delaminierungsbeständigkeit | Chemische Bindung zwischen Isolierschichten widersteht Scherkräften | Zugfestigkeits- und Temperaturwechseltest |
Durch plasmabehandelte Isolationsoberflächen lässt sich die Koronazündspannung in bestimmten Polymersystemen von 10,0 kV auf 13,8 kV erhöhen. Für OEMs, die eine Lebensdauer von 15 Jahren oder 250.000 Meilen anstreben, ist dieser Unterschied entscheidend dafür, ob der Motor die Isolationsanforderungen am Ende seiner Lebensdauer erfüllt.
Wie testen und wenden Ingenieure dies in der Produktion an?
Die Überprüfung der Behandlungsqualität und die Ermittlung der Bereiche mit der größten Wirkung sind die zentralen Fragen, die sich Ingenieure bei der Bewertung der Plasmabehandlung für Motorisolierungsverfahren stellen. Prüfmethoden, Anwendungsfälle und die wichtigsten Behandlungspunkte werden im Folgenden erläutert.
Überprüfung der Behandlungsqualität
Die Oberflächenenergie wird unmittelbar nach der Behandlung mit Dyne-Pens oder einem Kontaktwinkelmessgerät überprüft. Ein Wert der Oberflächenspannung nach der Plasmabehandlung von über 72 mN/m bestätigt, dass das Substrat bereit zum Lackieren oder Vergießen ist.
Die Prüfung des Isolationswiderstands des Motors mit einem Megger vor und nach der Behandlung bestätigt einen höheren Widerstand gegen Erde nach der Behandlung, was auf eine dichtere Verbindung mit weniger Leckagepfaden hinweist.
Bemerkenswerte Anwendungsfälle
- Vorbehandlung mit Haarnadelwicklung: Robotergestütztes atmosphärisches Plasma wird vor der Pulverbeschichtung oder dem Harzträufeln auf die Statorenden aufgetragen und zielt auf den Bereich der Wicklung ab, in dem am häufigsten Teilentladungen auftreten.
- Vorbehandlung von Lackdraht vor VPI: Die Kaltplasmabehandlung der Lackdrahtoberflächen vor der Vakuumdruckimprägnierung gewährleistet eine vollständige Lackierung des Drahtes und beseitigt mikroskopische Hohlräume in der sekundären Isolierschicht.
Wo die Oberflächenvorbereitung den größten Einfluss hat
Die Behandlung der Statornutauskleidung ist ein oft übersehener Aspekt bei der Motormontage. Durch die Behandlung der Nutauskleidung vor dem Einbringen der Wicklungen wird die Haftung zwischen Auskleidung und Blechpaket verbessert und der Luftspalt an dieser Grenzfläche verringert. Bei Hochspannungsmotoren ist dieser Spalt eine Hauptursache für Koronaentladungen.
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