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Technologieübersicht

Klebstoff für Elektromotoren

Elektromotor-Klebstoffe werden zum Verkleben, Befestigen, Isolieren, Abdichten und Stabilisieren von Bauteilen in Antriebssystemen für Drohnen und Roboterplattformen eingesetzt. Diese Klebstoffe kommen unter anderem bei der Magnetbefestigung, der Befestigung von Rotoren und Wellen, der Montage von Statorpaketen, der Imprägnierung von Wicklungen und der Fixierung von Isolierungen zum Einsatz.

In dieser Kategorie werden Hersteller von Elektromotorklebstoffen vorgestellt, die Lösungen für unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs) und unbemannte Systeme anbieten.

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Leitfaden für Ingenieure zu Klebstoffen für Elektromotoren in unbemannten Systemen

William Mackenzie

Aktualisiert:

Einführung in Klebstoffe für Elektromotoren

Klebstoffe für Elektromotoren werden zum Verkleben, Fixieren, Isolieren, Abdichten und Stabilisieren von Motorkomponenten eingesetzt. Diese Materialien können dazu beitragen, Schwingungen, Temperaturwechsel, Zentrifugalbelastungen, elektrische Isolation und beengte Einbauräume zu bewältigen. Bei unbemannten Plattformen kann die Wahl des Klebstoffs die Lebensdauer des Motors und die Wiederholbarkeit der Fertigung beeinflussen.

Klebstoffe in der Elektromotorenfertigung werden speziell für die jeweilige Verbindung ausgewählt. Substrate, Geometrie der Klebefuge, Betriebstemperatur, Glasübergangsverhalten, Steifigkeit, Wärmeausdehnung, Aushärtungsschrumpfung, elektrische Anforderungen, chemische Beanspruchung und der Aushärtungsprozess beeinflussen die Wahl. Auch die Oberflächenvorbereitung und die Kontrolle der Klebefuge sind von entscheidender Bedeutung. Eine anwendungsspezifische Qualifizierung ist besonders wichtig für unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs), unbemannte Bodenfahrzeuge (UGVs), unbemannte Wasserfahrzeuge (USVs), autonome Unterwasserfahrzeuge (AUVs) und Robotersysteme.

Klebstoffe von Permabond für den Elektromotorenbau

Elektromotor-Klebstoff TA437 von Permabond.

Arten von Klebstoffen, die in Elektromotoren verwendet werden

Epoxidklebstoffe

Epoxidklebstoffe finden breite Anwendung hinsichtlich struktureller Festigkeit, Spaltfüllung, Wärmebeständigkeit oder elektrischer Isolierung. Die Formulierungen können zum Verkleben von Magneten, zur Imprägnierung von Wicklungen, für Statorbauteile sowie für Verbindungen zwischen Verbundwerkstoffen und Metall eingesetzt werden. Die Suche nach hochleistungsfähigen Epoxidklebstoffen für Drohnenmotoren aus Kohlefaser bezieht sich häufig auf Verbundstrukturen rund um kompakte Antriebssysteme, bei denen die gesamte Verbindung hinsichtlich Belastungen, Temperaturwechseln und unterschiedlicher Materialausdehnungen geprüft werden muss.

Acrylklebstoffe

Acrylklebstoffe bieten eine starke Haftung bei relativ kurzen Aushärtungszeiten, wodurch sie sich besonders dort eignen, wo es auf eine hohe Produktionsgeschwindigkeit ankommt. Ihre Zähigkeit trägt dazu bei, Vibrationen auszugleichen. Die Auswahl hängt jedoch weiterhin von der Temperaturbeständigkeit, dem Oberflächenzustand, dem Spaltmaß, der chemischen Beanspruchung sowie den in der Baugruppe vorhandenen Materialien ab.

Anaerobe Klebstoffe und Fixiermassen

Anaerobe Klebstoffe härten aus, wenn sie zwischen geeigneten Metalloberflächen eingeschlossen sind und kein Sauerstoff zugeführt wird. Halteverbindungen eignen sich für eng anliegende zylindrische Verbindungen, darunter Wellen, Hülsen, Buchsen, Naben und Lagersitze. Sie können Presspassungen ergänzen, wobei jedoch die Verbindungsabmessungen, die Metallaktivität, die Aushärtungsbedingungen, die Temperatur sowie die Anforderungen an die Demontage berücksichtigt werden müssen.

Silikonklebstoffe und Vergussmassen

Silikonklebstoffe und -verkapselungsmittel werden in der Regel dort eingesetzt, wo Flexibilität, elektrische Isolierung, Umweltschutz oder Temperaturwechselbeanspruchungen wichtiger sind als die strukturelle Steifigkeit. Sie können Sensoren, Anschlüsse und elektronische Schnittstellen schützen und gleichzeitig Bewegungen ausgleichen. Die Aushärtungschemie, die Haftfestigkeit, das dielektrische Verhalten, die Anforderungen an die Ausgasung sowie die Materialverträglichkeit sollten überprüft werden.

Polyurethan-Klebstoffe

Polyurethan-Klebstoffe können Klebkraft mit einer höheren Nachgiebigkeit kombinieren als viele starre Konstruktionssysteme. Dies eignet sich für Baugruppen, die Vibrationen, Stößen oder thermischer Ausdehnung ausgesetzt sind. Die Leistungsfähigkeit hängt von der Rezeptur ab, insbesondere wenn erhöhte Temperaturen, Feuchtigkeit, Öle, Kühlmittel oder Kraftstoffe zu erwarten sind.

Cyanacrylat-Klebstoffe

Cyanacrylate härten schnell aus und eignen sich für kleine Bauteile, eng anliegende Verbindungen sowie Produktionsschritte, die eine schnelle Handhabungsfestigkeit erfordern. Sie können auch als vorübergehende Befestigungshilfen dienen. Da die Leistungsfähigkeit von Fugenspalt, Untergrund, Luftfeuchtigkeit, Temperatur und Stoßbelastung beeinflusst werden kann, erfordern sie eine sorgfältige Bewertung vor dem Einsatz in kritischen strukturellen Motorverbindungen.

Hauptanwendungsbereiche von Klebstoffen für Elektromotoren

Verklebung von Permanentmagneten

Klebstoffe für Elektromotormagnete werden üblicherweise zur Befestigung von Permanentmagneten an Rotor- oder Statorstrukturen verwendet. Hochgeschwindigkeitsrotoren stellen besondere Anforderungen an geklebte Magnete, da Zentrifugalkräfte, thermische Ausdehnung und Beschleunigung die Klebefuge belasten können. Die Oberflächenvorbereitung, die Dicke der Klebefuge, Magnetbeschichtungen, die Betriebstemperatur und die sekundäre Haltekraft können die Zuverlässigkeit der Verbindung beeinflussen.

Rotor- und Wellenbaugruppen

Bei Rotor- und Wellenbaugruppen können Strukturklebstoffe oder Halteverbindungen an Hülsen, Naben, Lamellen und anderen zylindrischen Schnittstellen zum Einsatz kommen. Der Klebstoff kann kontrollierte Spalte ausfüllen und Lasten verteilen, sollte jedoch die konstruktive Auslegung des Rotors nicht ersetzen. Auswuchtung, Überdrehzahlbedingungen, Ermüdung, Temperatur, Passungstoleranzen und die Wiederholbarkeit der Fertigung bleiben für die Qualifizierung von Bedeutung.

Verklebung von Statorpaketen

Durch Kleben lassen sich laminierte Statorpakete stabilisieren oder bei ausgewählten Konstruktionen mechanische Befestigungen oder Schweißverbindungen reduzieren. Der Prozess muss die Ausrichtung, die Maßgenauigkeit sowie das erforderliche magnetische und elektrische Verhalten gewährleisten. Die Klebstoffauftragung, das Auspressen, die Aushärtungsschrumpfung, die Aushärtungstemperatur, die Wärmeausdehnung und die Toleranzkontrolle sind besonders wichtig, wenn der Motor einen kleinen Luftspalt aufweist.

Statorwicklungen und Spulenbefestigung

Imprägnierharze können die Statorleiter unter elektromagnetischer und Schwingungsbelastung fixieren und gleichzeitig das Isolationssystem stützen. Je nach Motorgeometrie und Produktionsanforderungen kann zwischen Vakuum- oder Tröpfchenimprägnierung gewählt werden. Neben der Fixierung spielen auch Penetration, Hohlraumkontrolle, Viskosität, Aushärtungsplan, Wärmeklasse, dielektrische Eigenschaften und die Kompatibilität mit Magnetdraht eine Rolle.

Schlitz-, Endwicklungs- und Isolationsverklebung

Verbundmaterialien können Schlitzauskleidungen sichern, Endwicklungen verstärken, Leiter stützen und Isolationskomponenten stabilisieren. In kompakten Motoren für unbemannte Systeme bieten diese Bereiche unter Umständen nur wenig Platz für mechanische Fixierung. Das Material sollte die erforderliche Fixierung gewährleisten, ohne Kühlwege, Isolationsverträglichkeit, elektrische Abstände oder Montagetoleranzen zu beeinträchtigen.

Halterung von Lagern und zylindrischen Bauteilen

Befestigungsmassen können Lager, Buchsen, Hülsen und ähnliche zylindrische Bauteile mit kontrollierten Spielmaßen stützen. Bei der Anwendung muss vermieden werden, dass Lagerflächen verunreinigt oder Wartungsarbeiten behindert werden. Konstrukteure sollten zudem das Aushärtungsverhalten, die Wärmeausdehnung, Entfernungsverfahren sowie die übertragenen axialen, radialen und Torsionsbelastungen berücksichtigen.

Magnetkleber für Elektromotoren von Permabond

Elektromotor-Klebstoff TA4590 von Permabond.

Prüfung, Normen und Qualifizierung

Die Qualifizierung von Klebstoffen für Elektromotoren sollte standardisierte Material- oder Isolationssystemprüfungen mit repräsentativen Tests hinsichtlich Substraten, Fugengeometrie, Oberflächenvorbereitung, Aushärtungsprozess, Temperatur, Vibration und Betriebsbelastungen kombinieren. Je nach Plattform muss die Qualifizierung unter Umständen auch Faktoren wie Feuchtigkeit, Salzeinwirkung, Eintauchen in Wasser, Druck, Höhe, Öle, Kühlmittel oder Kraftstoffe berücksichtigen.

  • IEC 60034: Die Norm IEC 60034-1:2026 regelt die Nenn- und Leistungsanforderungen für rotierende elektrische Maschinen innerhalb ihres Geltungsbereichs. Sie ist für die Leistung und Qualifizierung auf Motorebene relevant, schreibt jedoch keinen bestimmten Klebstoff oder keine bestimmte Klebeverbindungstechnologie vor.
  • IEC 60034-18-Reihe: Die Norm IEC 60034-18-1:2022 enthält allgemeine Leitlinien für die funktionale Bewertung und Qualifizierung elektrischer Isolationssysteme, die in rotierenden elektrischen Maschinen verwendet werden. Die Normenreihe kann daher relevant sein, wenn Klebstoffe, Harze oder Vergussmassen Bestandteil eines elektrischen Isolationssystems sind.
  • UL 1446: Befasst sich mit Systemen aus Isoliermaterialien und der Bewertung von Faktoren wie thermischem Verhalten und Materialverträglichkeit. Klebstoffe, Imprägniermittel oder Vergussmassen können als Bestandteile eines Isoliersystems bewertet werden.
  • ASTM D1002: Liefert ein standardisiertes Prüfverfahren zur Bestimmung der scheinbaren Scherfestigkeit von klebeverbundenen Metallproben mit Einfachüberlappungsverbindung unter festgelegten Vorbereitungs- und Prüfbedingungen.
  • ISO 4587: Legt eine Zug-Überlappungsscherprüfung zur Bestimmung der Festigkeit von „Starr-zu-Starr“-Verbindungen fest und weist darauf hin, dass das Verfahren nicht dazu bestimmt ist, Konstruktionsinformationen zu liefern.

Diese Normen bieten nützliche Anhaltspunkte, doch benötigen Lieferanten von Klebstoffen für industrielle Elektromotoren sowie Motorenhersteller weiterhin anwendungsspezifische Daten, die die geklebte Baugruppe, Alterungsmechanismen und den Produktionsprozess widerspiegeln.

Neueste Entwicklungen bei Klebstoffen für Elektromotoren

Der Entwicklungsschwerpunkt liegt zunehmend auf höheren thermischen Belastungen, kompakteren Bauformen, verbesserter Wärmeübertragung, kontrollierter Aushärtung und wiederholbarer Produktion.

  • Formulierungen für höhere Temperaturen: Klebstoffe, die die erforderlichen mechanischen, elektrischen und chemischen Eigenschaften auch bei erhöhten Temperaturen und wiederholten Temperaturzyklen beibehalten, können anspruchsvolle Betriebsprofile von Elektromotoren unterstützen.
  • Verbesserte Wärmeleitfähigkeit: Wärmeleitende Klebstoffe können die Klebefunktion mit der Wärmeübertragung kombinieren. Elektrisch isolierende Typen können dort eingesetzt werden, wo dielektrische Isolierung erforderlich ist; die Leistungsfähigkeit hängt jedoch von der Dicke der Klebefuge, dem Füllstoffsystem, der Kontaktqualität und dem gesamten Wärmepfad ab.
  • Imprägniermaterialien mit niedriger Viskosität: Harze mit niedrigerer Viskosität können das Eindringen in Wicklungsstrukturen und kleine Hohlräume verbessern, wenn Viskosität, Benetzung, Abfluss und Aushärtung streng kontrolliert werden. Das Ziel ist eine gleichmäßige Imprägnierung ohne eingeschlossene Hohlräume oder blockierte Kühlwege.
  • Flexible Strukturklebstoffe: Nachgiebigere Strukturmaterialien können dazu beitragen, Schwingungen und unterschiedliche Ausdehnungen zwischen Metallen, Magneten, Polymeren und Verbundwerkstoffen auszugleichen und gleichzeitig die für die Verbindung erforderliche Festigkeit und Positionsstabilität zu gewährleisten.

Diese Entwicklungen spiegeln einen umfassenderen Wandel wider, bei dem die Leistung von Klebstoffen, die Motorarchitektur, der Fertigungsprozess und die Betriebsumgebung als integriertes Konstruktionsproblem betrachtet werden.

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