Ohutlevyrakenne mahdollistaa
ruostumattomien terästen tehokkaan
hyödyntämisen sähkökoneissa
■ ■ A ino Karjalai n en, M a na ger, M a rk eti ng , Ran da x Oy
■ ■ K imm o Huuri n a i nen, R & D M a na ger, M echa n ica l E n g in e e r in g , Ran da x Oy
Randax Oy:n kestomagneettimoottoreissa ja -generaattoreissa voidaan edistyksellisen ohutlevystä
valmistetun runkorakenteen ansiosta hyödyntää ruostumattomia teräksiä kustannus- ja
materiaalitehokkaasti. Tyypin EN 1.4521 ferriittinen ruostumaton teräs on lämmönjohtokyky-,
lämpölaajenemis-, myötölujuus-, muovattavuus- ja hitsattavuusominaisuuksiltaan sopiva
sähkökoneiden valmistukseen. Ruostumaton teräs parantaa sähkökoneen käyttöominaisuuksia
vaativissa olosuhteissa.
Randax Oy kehittää energiatehokasta sähköteknologiaa
Randax on oululaislähtöinen vuonna 2006 perustettu yritys,
jonka päätuotteita ovat integroidut kestomagneettimoottorit ja
-generaattorit. Lisäksi Randax suunnittelee ja toteuttaa laajempia sähkökäyttöjärjestelmiä, jotka sisältävät esimerkiksi moottorien ohjaukseen tarvittavan tehoelektroniikan sovelluksineen
sekä sähkökoneen ja asiakaslaitteen välisen mekaanisen integroinnin.
Suoraan käyttökohteeseen integroitavissa olevilla kevyillä ja kompakteilla sähkökoneella voidaan toteuttaa optimoituja laitekokonaisuuksia, joissa sähkökäyttö on suunniteltu
tarkalleen sovelluskohteen vaatimuksia vastaavaksi. Randaxin teknologiaa on hyödynnetty esimerkiksi ilmankäsittelyssä, prosessipumppauksessa, metallinjalostuksessa, paperiteollisuudessa sekä sähkö- ja hybridiajoneuvoissa.
Sähkömoottorin integroiminen suoraan sovelluskohteeseen yksinkertaistaa ja pienentää useissa tapauksissa laitteen kokonaisrakennetta sekä vähentää huollon tarvetta ja
tehohäviöiden määrää. Kompakti ja energiatehokas moottori ei vaadi erillisiä tukirakenteita, ja erilaiset välitykset,
kuten hihnat, kytkimet ja vaihteistot, jäävät kokonaan pois.
Optimoidun laitekokonaisuuden energiatehokkuus kasvaa
korkeahyötysuhteisen sähkökoneen, taajuusmuuttajaohjauksen ja välitysten poistumisen ansiosta.
Randax®-sähkökoneille ihanteellisia ovat sellaiset käyttökohteet, joissa integroitavuudesta, tehokkuudesta, kompaktista koosta ja tarkasta nopeussäädöstä on hyötyä.
Randax®-sähkökoneet voidaan integroida käyttökohteeseen ilman omia laakereita käyttölaitteen laakerointiin
tukeutuen, mikä vähentää huollon tarvetta ja kytkentäosien määrää. Tämä lisää laitekokonaisuuden toimintavarmuutta. Energiatehokkuus ja huoltotarpeen väheneminen pienentävät laitteen elinkaarikustannuksia.
Kuva 1. Ruostumattomasta teräksestä valmistetaan myös nestejäähdytteisiä Randax®sähkökoneita. Ohutlevyrakenteella saadaan
aikaan tehokkaasti jäähdyttävä nestekirto
koko sähkökoneen runkoon.
38 • OHUTLEVY 2/2013
www.ohutlevy.com
Teknisiä tietoja ja viitearvoja Randax®-sähkökoneiden mahdollisilta toiminta-alueilta
Moottorityyppi:
Sähkökäyttö:
PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor)
– kestomagnetoitu tahtikone toimii moottorina ja generaattorina
VS (Variable Speed) – nopeussäädettävä käyttö
Kestomagneettikonetta käytetään aina taajuusmuuttajalla
Pyörimisnopeus:
Teho:
0-7500 [rpm]
0-500 [kW]
Vääntömomentti:
Hyötysuhdeluokka:
0-2000 [Nm]
IE4
Jännitealue:
230-690 [V]
Eristysluokka:
F tai H
Jäähdytys: Ilmajäähdytys kiinteällä siivellä
Ilmajäähdytys erillisellä sähköpuhaltimella
Nestejäähdytys
Runkomateriaalit: EN 1.4521 Ferriittinen haponkestävä ruostumaton teräs
EN 1.4462 Ruostumaton duplex-teräs
EN 10130 Muovattavat ohutlevyteräkset
EN 10268 Lujat muovattavat ohutlevyteräkset
Runkotyyppi: Laippakiinnitys. Sovelluskohtainen kiinnitysrajapinta.
Laserhitsattu ohutlevyrakenne mahdollistaa joustavat
materiaalivalinnat
Randax®-sähkökoneiden kennorunko on toteutettu ohutlevyteknologiaa ja laserhitsausmenetelmää käyttäen. Kennorakenteen ansiosta erilaisia teräslaatuja voidaan hyödyntää
kustannustehokkaasti, sillä vähäisellä ja tehokkaalla materiaalinkäytöllä saadaan aikaan kevyt, jäykkä ja luja runkorakenne. Ohutlevyjen muovaus ja leikkaus eivät aiheuta mainittavaa materiaalihukkaa.
Randax®-sähkökoneiden runkorakenne on kehitetty laserhitsausteknologian vaatimusten mukaan. Tarkkojen kokoonpanomenetelmien ja laserhitsauksen avulla muotoon
leikatuista ja muovatuista ohutlevyosista saadaan mittatarkka runkorakenne ilman tarvetta jälkikoneistukselle. Laserhitsauksessa lämpöä tuodaan vähän ja tarkkaan kohdistetusti, mikä mahdollistaa erilaisten teräslaatujen joustavan
käytön. Tunkeuma hallitaan tarkasti ja limisaumat voidaan
hitsata tehokkaasti. Laserilla useiden erilaisten saumatyyppien hitsaus on mahdollista ilman lisäainetta. Randax®sähkökoneissa on vain vähän koneistettuja osia, ja ohutlevyä on tuotteen painosta noin 70 %.
Teräslajien ominaisuudet ohjaavat materiaalivalintoja
Sähkökoneiden runkomateriaalien valintaan vaikuttavat
koneen jäähdytystapa ja käyttöympäristön asettamat vaatimukset. Lisäksi käytetyn teräslajin lämmönjohtokyvyn,
lämpölaajenemisominaisuuksien, myötölujuuden, muovattavuuden ja hitsattavuuden tulee soveltua sähkökoneen runkorakenteeseen.
Erityisesti vaativiin käyttöympäristöihin tarkoitetuissa ilmajäähdytteisissä Randax®-sähkökoneissa käytetään tyy-
www.ohutlevy.com
Kuva 2. Ohutlevystä valmistettu kennorakenne tekee sähkökoneen rungosta keveän ja lujan tehokkaalla materiaalinkäytöllä.
OHUTLEVY 2/2013 •
39
pin EN 1.4521 ferriittistä ruostumatonta terästä. Se sopii
myös nestejäähdytteisten koneiden runkomateriaaliksi silloin, kun jäähdytysnestepiiri on suljettu. Hyvin korroosiota
kestävä EN 1.4521 soveltuu sähkökoneiden valmistukseen
mekaanisten ominaisuuksiensa ansiosta ja sen korroosionsietokyky on yleisimmin käytetyistä ferriittisistä ruostumattomista teräksistä paras.
EN 1.4521:n korkea 18 % kromipitoisuus ja 2 % molybdeeniseosteisuus tekevät siitä hyvän vaihtoehdon austeniittisille, ns. haponkestäville teräksille, sillä ferriittinen EN
1.4251 johtaa lämpöä huomattavasti austeniittisia teräslaatuja paremmin. Sen lämpölaajenemisominaisuudet ovat lähes samat matalaseosteisten hiiliterästen kanssa, eli se lämpölaajenee huomattavasti austeniittisia teräslaatuja vähemmän. EN 1.4521:n hyvän lämmönjohtavuuden ansiosta sähkökone jäähtyy tehokkaasti, ja maltillinen lämpölaajeneminen mahdollistaa mittatarkan runkorakenteen hitsaamisen
ilman jälkikoneistusta. Vetelyt ja mittamuutokset ovat paljon pienempiä kuin austeniittisilla tai duplex-teräksillä.
Titaani- ja niobistabiloinnin ansiosta EN 1.4521:n mikrorakenne säilyy ferriittisenä myös korkeissa lämpötiloissa, eikä haurasta martensiittista mikrorakennetta synny esimerkiksi hitsatessa. Tämän johdosta EN 1.4521:n hitsattavuus on huomattavasti parempi kuin aikaisempien sukupol-
Pintakäsittelyn
kokonaisvaltainen
konsepti
Meiltä saat:
Ruostumaton teräs parantaa sähkökoneen
käyttöominaisuuksia
Ruostumaton teräs parantaa Randax®-sähkökoneen käyttöominaisuuksia ankarissa korroosio-olosuhteissa. Tällaisissa
ympäristöissä käsitellään kemikaalipitoisia kaasuja tai nesteitä, lämpötilat ovat korkeita tai lämpötilanvaihtelut suuria,
kosteuspitoisuus on korkea, sääolosuhteet ovat ankarat tai
hygieniavaatimukset tiukat. Vaativia käyttöympäristöjä on
erityisesti metallinjalostus- ja kemianteollisuudessa, puunjalostusteollisuudessa, elintarvike- ja lääketeollisuudessa,
jätteidenkäsittelylaitoksissa, meriteollisuudessa ja erilaisissa avomerellä tai rannikolla sijaitsevissa kohteissa.
Randax®-sähkökoneissa käytettävien ruostumattomien
teräsohutlevyjen pinta on korkealaatuinen ja sen viimeistelytaso voidaan valita useista vaihtoehdoista kunkin sovelluksen vaatimuksia vastaavaksi. Randax® -sähkökoneet
räätälöidään sovelluskohtaisesti.
Tuotekehitysyhteistyötä
• Jauhemaalit
• Lämmönkestävät teipit
• Maalaussuojat
• Ripustuskoukut ja -telineet
• Erikoisratkaisut
• Automatisointi
• Koulutus
DuPontTM Alesta® and the DuPont Oval
is a Trademark of DuPont used under licence.
Pakkalantie 27 A, 01510 VANTAA | puh. 020 779 8790 | www.coatingtech.fi
40 • OHUTLEVY 2/2013
vien ferriittisten terästen. Hitsattavuutta rajoittaa ainoastaan
raekoon kasvu lämpövyöhykkeellä, minkä vuoksi lämmöntuonti hitsauksessa on pidettävä pienenä parhaan lopputuloksen saavuttamiseksi. Randax®-sähkökoneiden runkorakenteet hitsataan laserilla, jossa lämmöntuonti on tarkan fokusoinnin ansiosta hitsausmenetelmistä vähäisintä.
EN 1.4521-terästä voidaan muovata kaikilla yleisillä menetelmillä. Randax®-sähkökoneissa on useita muovattuja
ohutlevyosia, kuten jäähdytyselementti, jäähdytysilman ohjain ja liitäntäkotelon osat, mikä tekee materiaalin muovattavuudesta tärkeää. Muovauksessa tarvittavat voimat ovat
samaa tasoa matalaseosteisten hiiliterästen kanssa. Myös
koneistusominaisuuksiltaan EN 1.4521 on verrattavissa matalaseosteisiin hiiliteräksiin.
Ferriittisen mikrorakenteensa ansiosta EN 1.4521 ei ole
herkkä jännityskorroosiolle vetojännityksen alaisissa rakenteissa klooripitoisissa ympäristöissä, kuten monet austeniittiset teräslajit. Koska tavanomaisimpiin ferriittisiin ruostumattomiin teräksiin ei seosteta lainkaan arvokasta nikkeliä,
ne ovat austeniittisia lajeja edullisempia, eivätkä ne ole alttiita nikkelin hinnan vaihteluille.
Ruostumattoman teräksen käyttö tämänkaltaisissa sovelluksissa ei ole itsestäänselvyys. Materiaalivaihtoehtoja on suuri määrä, ja jo pelkästään SFS-EN 10088-1 -standardissa on
määritelty noin 160 erilaista ruostumatonta terästä. Randax
Oy:n apuna materiaalivalinnoissa ja ensimmäisissä testauksissa oli mukana Kemi-Tornion ammattikorkeakoulun materiaalien käytettävyyden tutkimusryhmä, jonka yhteydessä toimivassa JaloteräsStudiossa tehtiin osittain myös ensimmäiset rungon osien prototyypit. Outokummun Tornion
tehtaiden tutkimuskeskus (TRC) on myös antanut oman panoksensa yhteistyöhön toimittamalla koemateriaaleja sekä
teräkseen ja sen käyttöön liittyvää tietoa.
Lisätietoa:
Timo Schäfer, Managing Director
+358 44 734 6310
[email protected]
www.randax.fi
www.ohutlevy.com