Einspritzen von „Stahlverstärkung“ in Motoren: Entmystifizierung des Präzisionsvergussprozesses für rahmenlose Torquemotoren
Im Bereich der Präzisionsmotorenfertigung bestimmt ein unbekannter Prozessschritt still und leise die Leistungsobergrenze von High-End-Geräten.
Innerhalb einer Hochgeschwindigkeitsrotation Beim rahmenlosen Torquemotor wird Epoxidharz-Vergussmaterial präzise in die Lücken der Statorwicklungen eingespritzt. In einer Vakuumumgebung dringt das Harz wie ein Kapillarnetz in die feinsten Rillen ein und verfestigt sich dann unter präziser Temperaturkontrolle.
Im Zeitalter der Präzisionsfertigung beruht außergewöhnliche Leistung oft auf diesen unsichtbaren Details – und der Vergussprozess für rahmenlose Torquemotoren ist genau ein solch wichtiger Vorgang, der im Motor verborgen ist, aber die Gesamtzuverlässigkeit bestimmt.
01 Prozessgrundlagen
Was ist der Vergussprozess? Vereinfacht gesagt geht es darum, den Motorinnenraum mit flüssigem Vergussmaterial zu füllen, das sich zu einem umfassenden Schutz für die Wicklungen verfestigt. Diese Art von Verfahren ist kein Einzelfall der Neuzeit, hat aber als Reaktion auf die besonderen Anforderungen gehäuseloser Torquemotoren einen Qualitätssprung vollzogen.
Da rahmenlose Torquemotoren auf die herkömmliche Motorgehäusestruktur verzichten und Stator und Rotor direkt dem Hostsystem ausgesetzt sind, basieren ihre Isolierung, Wärmeableitung und strukturelle Befestigung alle auf internen Materialien.
Epoxidharz-Vergussmassen sind derzeit die gängige Wahl, da sie Betriebstemperaturen über 180 °C standhalten und einen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten von 1,0–2,0 W/m·K aufweisen, wodurch sie sich sehr gut für Szenarien wie Statorisolierung und Wasserdichtigkeit in Motoren neuer Energien eignen.
Im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren zur Motorenherstellung hat sich die Rolle des Vergusses bei rahmenlosen Motoren von einem „Hilfsschutz“ zu einer „strukturellen Unterstützung“ entwickelt.
Sobald der Spezialkleber die Lücken zwischen Stator, Rotor und anderen Bauteilen vollständig ausfüllt, werden die ursprünglich losen Teile fest zu einer Einheit verbunden. Der direkteste Effekt dieser Strukturverstärkung ist eine deutliche Erhöhung der mechanischen Festigkeit des Motors , sodass dieser größeren Belastungen und Stößen standhalten kann.
02 Leistungsinnovation
Oft entscheidet ein einzelnes Detail über Erfolg oder Misserfolg. Der innere Aufbau rahmenloser Torquemotoren ist äußerst kompliziert und herkömmliche Vergussmethoden können ihre hohen Zuverlässigkeitsanforderungen nicht erfüllen. Ingenieure müssen drei wichtige technische Probleme lösen: Wie kann das Vergussmaterial die feinen Zwischenräume vollständig ausfüllen , wie kann die Blasenbildung während des Aushärtungsprozesses verhindert werden und wie wird sichergestellt, dass die physikalischen Eigenschaften des Materials nach dem Aushärten den Anforderungen entsprechen?.
Um diese Probleme anzugehen, haben moderne Vergussverfahren ein komplettes Lösungspaket entwickelt.
Daten zeigen, dass Motoren, die moderne Vergussverfahren verwenden, eine durchschnittliche Reduzierung der Vibrationsamplitude um 40 % und eine Reduzierung des Geräuschpegels um über 15 Dezibel erfahren . Noch wichtiger ist, dass vergossene Motoren die höchste Schutzart IP68 erreichen können, was einen stabilen Betrieb in rauen Umgebungen wie Feuchtigkeit, Staub und Salznebel ermöglicht.
Im Hinblick auf die Wärmeableitung verfügen Vergussmaterialien in der Regel über eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit und ermöglichen so eine schnelle Ableitung der von den Wicklungen erzeugten Wärme an das Motorgehäuse.
Im Vergleich zur herkömmlichen Luftisolierung wird der Wärmewiderstand von vergossenen Motoren um 60 % reduziert und die Betriebstemperatur sinkt um 20–30 °C. Niedrigere Betriebstemperaturen bedeuten eine langsamere Alterung der Isoliermaterialien, eine stabile Lagerschmierung und eine Verlängerung der Gesamtlebensdauer des Motors um das Zwei- bis Dreifache.
03 Materialformulierung
Die Wahl des Epoxidharz-Vergussmaterials hat direkten Einfluss auf die Endleistung. Untersuchungen zeigen, dass Vergussmassen auf Epoxidbasis bei Temperaturen von bis zu 180 °C funktionieren können, in einem Bereich von -40 °C bis 150 °C stabil bleiben und eine Härtungsschrumpfrate von unter 1 % aufweisen..
Untersuchungen zu nutenlosen bürstenlosen Torquemotoren zeigen, dass der Harzvergussprozess eine entscheidende Rolle für die Motorleistung spielt. Durch die Analyse der Vorbehandlungstemperatur, der zyklischen Vakuumbehandlung und des Aushärtungsmechanismus der Harzmatrix stellten die Forscher fest, dass die Verwendung einer Vorbehandlungstemperatur von 80 °C für 40 Minuten in Kombination mit drei Vakuumbehandlungszyklen die besten Vergussergebnisse liefert.
Die Behandlungsbedingungen müssen bei -0,095 MPa, 85 °C für 20 Minuten genau kontrolliert werden.
Ein weiterer kritischer Punkt ist der Anteil an Zähigkeitsverbesserern. Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass die Haftung, Festigkeit und Temperaturbeständigkeit des Harzsystems einen optimalen Zustand erreichen, wenn die Mengen des nicht reaktiven Schlagzähmittels QY und des reaktiven Schlagzähmittels DFC 5 g bzw. 15 g betragen und zuerst das nicht reaktive Schlagzähmittel mit einer Promotormenge von 0,3 g hinzugefügt wird.
04 Technologische Innovation
Fortschritte bei den Vergussgeräten und -verfahren haben dieser traditionellen Technik neues Leben eingehaucht. Untersuchungen der Open University of China zufolge kann die Verwendung von Klebstoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit für den gesamten Verguss des Motorstators den Wärmewiderstand zwischen den Wicklungen und dem Statorkern verringern und so den Motortemperaturanstieg um 10–18 °C senken.
Die neuesten Patente zeigen, dass rahmenlose Motorstator-Vergussvorrichtungen erheblich verbessert wurden.
Im August 2025 wurde ein Gebrauchsmusterpatent für eine „Frameless Motor Stator Potting Device“ erteilt. Dieses Gerät umfasst eine untere Stützbaugruppe, eine obere Pressbaugruppe, eine interne Dichtungsbaugruppe und eine Befestigungsbaugruppe, die den Vergusseffekt für rahmenlose Motorstatoren optimieren kann.
Die zunehmende Automatisierung hat zu doppelten Verbesserungen bei der Fertigungspräzision und der Produktionseffizienz geführt. Moderne Vergussmaschinen können über Computersteuerungssysteme das Klebstoffvolumen, das Mischungsverhältnis, den Einspritzdruck und den Aushärtungszyklus präzise anpassen.
Im Vergleich zu herkömmlichen manuellen Vorgängen erhöht sich die Effizienz der Topfmaschine um das Drei- bis Fünffache , der Materialabfall wird um 70 % reduziert und die Produktionskosten werden erheblich gesenkt.
05 Auswirkungen auf die Anwendung
Der Vergussprozess bietet neue Möglichkeiten für das Motordesign. Da der Klebstoff zusätzliche strukturelle Unterstützung und Wärmeableitungswege bietet, können Designer bestimmte Strukturkomponenten reduzieren und gleichzeitig die Leistung gewährleisten, wodurch insgesamt ein Leichtgewicht erreicht wird.
Miniaturisierung und Leichtbau sind für Roboter, Drohnen und medizinische Präzisionsgeräte von großer Bedeutung.
Ein weiterer nicht zu übersehender Vorteil ist die elektrische Stabilität und Zuverlässigkeit. Die hohe Isolationsfestigkeit von Vergussmaterialien sorgt für eine zuverlässige Isolierung zwischen den Wicklungen sowie zwischen Wicklungen und dem Eisenkern, wodurch Teilentladungserscheinungen deutlich reduziert werden.
Daten zeigen, dass der Isolationswiderstand von vergossenen Motoren um über 50 % erhöht und die Spannungsfestigkeit um 30 % verbessert werden kann , wodurch das Risiko elektrischer Fehler erheblich gesenkt wird.
06 Zukunftstrends
Fortschritte in der Materialwissenschaft treiben die Vergusstechnologie auf ein höheres Niveau. Es entstehen immer wieder neue Vergussmaterialien, etwa Nanokompositklebstoffe mit höherer Wärmeleitfähigkeit und elastische Klebstoffe, die Flexibilität und Festigkeit vereinen, was die Anwendungsaussichten der Vergusstechnologie weiter erweitert.
In Zukunft werden intelligente Vergusssysteme tief in Motordesign-Software integriert sein, um eine vollständige Prozessoptimierung vom Design bis zur Fertigung zu erreichen.
Präzisere Simulationsanalysefunktionen ermöglichen es Ingenieuren, den Materialfluss, die Aushärteprozesse und die Endleistung vor dem Vergießen vorherzusagen. Dieser Trend zur Design-Fertigungs-Integration wird die Forschungs- und Entwicklungszyklen deutlich verkürzen, die Kosten für Versuch und Irrtum senken und den Kunden zuverlässigere Motorprodukte bieten.
Das Forschungs- und Entwicklungspersonal von SDM hat sogar spezielle untere Stützkomponenten, interne Dichtungskomponenten und Befestigungskomponenten für den Kapselungskleber entwickelt. Diese Ausrüstung sorgt dafür, dass der flüssige Klebstoff in einer Vakuumumgebung präzise fließen kann. Unter der präzisen Steuerung von -0,095 MPa wird jede noch so kleine Lücke im rahmenlosen Motor perfekt gefüllt.
Wenn der letzte Tropfen Vergussmaterial erstarrt und der Motor zu rotieren beginnt, sind diese inneren Details für den Endbenutzer möglicherweise nie sichtbar. Doch genau diese unsichtbaren Vergussprozesse unterstützen die stabile Bewegung von Präzisionsroboterarmen und sorgen für die genaue Reaktion der Drohnenflugsteuerung.
