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Kleben Metallklebstoff fügt E-Bike-Motor

Redakteur: Dipl.-Ing. Annedore Bose-Munde

Das Start-up Fazua geht im E-Bike-Markt mit seinem leichten und kompakten Elektroantrieb einen eigenen Weg. Das Unternehmen setzt für den E-Bike-Motor auf Kleben und nutzt dazu Metallklebstoffe von Delo.

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Geklebte Magnete in E-Motoren von Fazua
Geklebte Magnete in E-Motoren von Fazua
(Bild: Delo)

Die Räder mit Fazua-Antrieb haben einen integrierten Freilauf und bieten damit ein natürliches Fahrgefühl ohne mechanischen Widerstand – auch über der gesetzlichen Höchstgeschwindigkeit von 25 km/h. Ab dieser Geschwindigkeit schaltet sich der Motor unmerklich ab. Gleichzeitig fällt die dann zu bewegende Masse der Antriebseinheit von 4 kg sprichwörtlich kaum ins Gewicht – ein großer Unterschied zu den meisten E-Bikes, deren Antrieb bis zu 9 kg wiegt und die damit insgesamt 20 kg und mehr auf die Waage bringen.

Motor und Akku verschwinden optisch im Rahmen

Als weiteres Merkmal bilden Motor und Akku eine geschlossene Einheit. Sie sind nicht nur so konstruiert, dass sie optisch im Rahmen verschwinden. Sie können auch mit wenigen Handgriffen entnommen werden. So lässt sich das vergleichsweise niedrige Gesamtgewicht um weitere 3 kg reduzieren, wohingegen bei handelsüblichen E-Bikes der Motor immer im Rahmen fest verbaut ist. Damit schließt das junge Unternehmen aus Ottobrunn vor den Toren Münchens die Lücke zwischen klassischen, mit Muskelkraft betriebenen Rädern und schweren E-Bikes mit viel Drehmoment und Akkukapazität, die dem Radler wenig eigene Leistung abfordern, jedoch bei leerem Akku recht anstrengend fortzubewegen sind.

Zwei Jahre nach dem Markteintritt setzen bereits mehr als 45 europäische Bikehersteller auf diese Lösung, insbesondere Anbieter von E-Rennrädern und E-Gravelbikes, also geländetauglichen Rennrädern. Die Ottobrunner sind in diesen jungen Segmenten bereits Marktführer. Daher kommt es bei dem Antriebssystem, das aus Tretlager, Motor und Akku besteht, nicht nur auf hohe Qualität an. Angesichts einer fünfstelligen Stückzahl pro Jahr spielt auch die Effizienz in der Fertigung eine wichtige Rolle.

Die zu bewegende Masse der Antriebseinheit beträgt 4 kg.
Die zu bewegende Masse der Antriebseinheit beträgt 4 kg.
(Bild: Fazua)

Richtige Verbindungstechnik ist gefragt

Um einen Motor kompakt und dennoch leistungsstark herzustellen, ist das verwendete Motorkonzept entscheidend. Den höchsten Wirkungsgrad haben Motoren, die Seltenerdmagnete verwenden, weshalb auch Fazua darauf setzt.

Traditionelle Verbindungsmethoden, die hochwertigen Magnete am Rotor zu fixieren, sind mechanisches Klemmen oder im Fall von Oberflächenmagneten auch deren Bandagieren. Beide Verfahren kommen zunehmend an Grenzen. Die Fertigungstoleranzen, die für das Klemmen benötigt sind, treiben die Kosten schnell in die Höhe. Vor allem droht jedoch ein Zerstören der Magnetbeschichtung und des Magnetes selbst, wodurch es zu Korrosion kommen kann. Das Bandagieren der Magnete ist aufwendig und benötigt kostbaren Bauraum.

Vorteile beim Kleben von Magneten

Beim Kleben wird die Passivierungs-, Nickel- oder Epoxidharzbeschichtung der Magnete während des Montierens geschützt. Zudem erlaubt das Kleben eine optimale Einbindung der Magnete in das Blechpaket und hält den Luftspalt zwischen Magnet und Wicklung möglichst eng. Klebstoffe sind schlagfest und ihre dämpfende Wirkung reduziert Vibrationsgeräusche.

Broschüre: Kleben für Elektromotoren

Dagegen schützt das Kleben besser als die meisten anderen Verfahren die Passivierungs-, Nickel- oder Epoxidharzbeschichtung der Magnete beim Montieren. So erlaubt das Kleben eine optimale Einbindung der Magnete in das Blechpaket und hält den Luftspalt zwischen Magnet und Wicklung möglichst eng.

Dazu bietet die Klebtechnik weitere Vorteile: Klebstoffe sind schlagfest, was angesichts der hohen dynamischen Kräfte bei E-Motoren essentiell ist. Ihre dämpfende Wirkung reduziert Vibrationsgeräusche und führt damit zu einer akustischen Verbesserung. Und dank ihrer großen Klebfläche, werden Spannungen homogen verteilt, die zum Beispiel bei unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten durch Temperatur entstehen.

Klebstoffe für Hochleistungsmotoren

Aufgrund dieser Vorteile entschied sich auch Fazua bei seinen Neodymmagneten in den E-Bike-Motoren für Klebstoffe. Hierbei halten die Taschen den passivierten Blockmagneten. Der Klebstoff fixiert hier die Magnete und verhindert ein axiales Herauswandern.

Damit das Startup einen schnellen Markteintritt erreicht und agile Strukturen behält, lässt es seine Motoren vom Schweizer Antriebsexperten Smart Drives auslegen und fertigen. Bei der Auswahl des Klebstoffs fiel die Wahl nach Beratung durch den Schweizer Klebstoffexperten Credimex und eigenen Tests durch Smart Drives auf Delo-ML DB135 von Delo Industrie Klebstoffe.

Handfestigkeit nach 2 min erreicht

Dieser Metallklebstoff auf Methacrylatbasis ist für kleine Spalte von bis zu 100 µm geeignet und findet daher häufig in Elektromotoren Verwendung. Das Produkt ist schlagzäh und besitzt einen Temperatureinsatzbereich von -60 °C bis +180 °C.

Bei der Herstellung der Motoren nutzen Fazua und Smart Drives die klassische, anaerobe Aushärtungsmöglichkeit des Klebstoffs – also bei Raumtemperatur unter Sauerstoffabschluss. Ein Warmhärtungsschritt etwa in einem Ofen ist hier nicht erforderlich. Stattdessen erreicht das Produkt nach zwei Minuten seine Handfestigkeit, womit in der Fertigung der nächste Prozessschritt ablaufen kann.

Perspektivisch ließe sich diese Zeit mit dem zusätzlichen Einsatz eines Aktivators, der aufgesprüht oder per Tauchbad aufgetragen wird, auf etwa 60 Sekunden verkürzen. Zudem erhöht ein Aktivator auch die Haftung auf beschichteten Materialien signifikant und vergrößert die maximale Schichtdicke auf 300 µm, wodurch höhere Toleranzen der Fügeteile ausgeglichen werden könnten.

Sollten aufgrund weiter rasant steigender Stückzahlen künftig kürzere Taktzeiten gefordert sein, kann Fazua die Lichtfixierungsmöglichkeit des bereits eingesetzten Klebstoffs Delo-ML DB135 nutzen. Dabei härtet der Klebstoff unter hochintensivem UV-Licht an der Kehlnaht innerhalb von weniger als zehn Sekunden aus, wodurch die Bauteile fixiert und direkt weiterverarbeitet werden können. Die volle Endfestigkeit erhält der Klebstoff dann wie gehabt unter Luftabschluss. Für ein weiteres Wachstum auf dem dynamischen E-Bike-Markt ist Fazua damit also gewappnet.

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