Erstellung einer Kalkulationsstückliste für den Stator und den Rotor

Der Stator und der Rotor dominieren in der Regel sowohl die Material- als auch die Verarbeitungskosten, wenn Sie also Ihre Stückliste erstellen um Anstatt sie wie eine Blackbox zu behandeln, haben Sie viel mehr Kontrolle über Gewinnspanne, Risiko und Designkompromisse.

Die meisten öffentlichen Artikel bleiben entweder allgemein ("Lamellen und Kupfer sind wichtig") oder verlieren sich in akademischer Kostenmodellierung. Dieser Leitfaden soll in der Mitte angesiedelt sein: Er ist praktisch genug, um ein Excel-Modell zu erstellen, und tiefgründig genug, damit Ihre kalkulierte Stückliste bei Konstruktionsprüfungen und Beschaffungsverhandlungen verteidigt werden kann.

• Was Sie in diesem Artikel erfahren werden
  • Ein mentales Modell zur Strukturierung einer kalkuliert Stückliste um Stator und Rotor
  • Zerlegung von Stator und Rotor in kostengünstige Unterbaugruppen
  • Typische Einzelposten und Kostentreiber, die Sie niemals "gebündelt" lassen sollten
  • Wie lassen sich die Auswirkungen der technischen Knöpfe (Nutenfüllung, Laminatstärke, Magnetqualität) auf die Kosten ermitteln?
  • Eine einfache Tabellenstruktur, die Sie in Ihre eigene Kalkulationstabelle einfügen können

1. Beginnen Sie mit der Maschine, nicht mit der Tabellenkalkulation

Bevor Sie eine Stücklistenvorlage anfassen, zoomen Sie heraus: was freundlich welcher Maschine kalkulieren Sie? Ein Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) für ein Elektrofahrzeug, ein BLDC-Servomotor mit Innenrotor oder ein gewöhnlicher Induktionsmotor haben alle sehr unterschiedliche Kostenstrukturen - insbesondere bei Stator und Rotor.

Zwei Entscheidungen prägen alles, was folgt:

1. Topologie (PM vs. Induktion vs. gewickeltes Feld, Innen- vs. Außenrotor, axialer vs. radialer Fluss)
2. Bewertung und Zollsatz (kontinuierlich vs. intermittierend, Geschwindigkeit, Drehmoment, Einschaltdauer, Umgebung)

Diese Entscheidungen bestimmen, ob Ihre Kosten magnetlastig, kupferlastig oder stahllastig sind - und welches Maß an Toleranzen, Auswuchten und Testen angemessen ist. Ein BLDC-Nabenmotor mit Außenrotor kann beispielsweise mehr für Magnete und Blechdurchmesser ausgeben, während eine Hochgeschwindigkeits-PM-Maschine mit Innenrotor viel Geld für präzise Bleche, Hülsen und Auswuchten ausgibt.

Sobald dieser Kontext klar ist, ist Ihre kalkulierte Stückliste keine abstrakte Tabellenkalkulation mehr, sondern eine strukturierte Erzählung von wie diese spezielle Maschine Geld in Drehmoment verwandelt.

• Wichtige Designentscheidungen, die vor der Erstellung der Stückliste getroffen werden müssen
  • Motortyp und -topologie (PMSM, Induktion, geschaltete Reluktanz; Innen- vs. Außenrotor)
  • Leistung, Grunddrehzahl, Spitzen-/Dauerdrehmoment und Betriebsprofil
  • Kühlungskonzept (Luft, Flüssigkeit, Wasserstoff, direkt gekühlte Wicklungen)
  • Ziel-Effizienzklasse / gesetzliche Anforderungen
  • Annahmen zu Volumen und Reifegrad (Prototyp vs. SOP, jährliche Baurate)
  • Umweltauflagen (IP-Schutz, Korrosion, Schock/Vibration)
  • Integrationsebene (Lieferung von nackten Stator/Rotor-Stapeln gegenüber vollständig gewickelten und geprüften Baugruppen)

2. Zerlegung des Stators: Von "einem Einzelposten" zu einem kalkulierten Stapel

Wenn Sie sich teardown-basierte Kostenstudien und OEM-"Motor-CBOMs" (kalkulierte Stücklisten) ansehen, werden Sie feststellen, dass die Stator-Kostenberechnung niemals nur "Stator - $X" lautet. Es handelt sich um eine Reihe von eng zusammenhängenden, aber trennbaren Kostenbereichen: Lamellen, Isolierung, Kupfer, Imprägnierung, Bearbeitung und Tests.

Auf physikalischer Ebene sind fast alle modernen Statoren eine Variante davon:

• Kern hergestellt aus dünnen Elektro-Stahl-Lamellen, in der Regel 0,15-0,65 mm dick, gestapelt und verklebt oder verzahnt.
• Wicklungen (Runddraht, Haarnadel oder Litze), die mit Hilfe von Schlitzeinlagen und Keilen in den Schlitzen geführt werden.
• Isoliersystem (Schlitzauskleidungen, Keile, Bänder, Lack/VPI-Harz), die jahrzehntelange thermische und elektrische Belastungen überstehen müssen.

Eine gute kalkulierte Stückliste macht diese physikalischen Realitäten deutlich. Anstelle einer vagen "Stator"-Zeile modellieren Sie: Rohstahlmasse und Ausschussfaktor, Amortisation des Presswerkzeugs, Wickelverfahren, Imprägnierverfahren und das von Ihrem Kunden geforderte Prüfverfahren.

Richtig gemacht, können Sie jetzt fundierte Fragen stellen wie: "Was wäre, wenn wir von segmentierten Kernen zu einem einfachen laminierten Stapel übergehen würden?" oder "Wie hoch sind die Kosten pro Prozentpunkt der Schlitzfüllungsverbesserung?", und die Antworten finden Sie in der Stückliste und nicht im Handumdrehen.

• Typische Stator-Stücklistenpositionen (die eine eigene Zeile verdienen)
  • Kaschierter Stahl
    • Elektrostahlsorte (Si-Gehalt, Kernverlustspezifikation)
    • Nettomasse × Ausschussfaktor (Stanz-/Beschnittabfälle)
    • Kaschierdicke (dünner → geringerer Verlust, höhere Material- und Werkzeugkosten)
  • Kernfertigung
    • Kosten für Stanzen/Laserschneiden pro Laminat
    • Stapelverleimung oder Verriegelungsvorgänge
    • Nachbearbeitung / Schleifen für OD/ID und Stapelhöhentoleranz
  • Wicklungen
    • Masse des Kupfers (oder Aluminiums) je nach Schlitzfüllfaktor und Wahl des Leiters
    • Wickelverfahren (manuell, Nadel, Flyer, Haarnadelbiegen und Schweißen)
    • Hardware für den Leitungsabschluss (Kabelschuhe, Stromschienen, Isoliermanschetten)
  • Isoliersystem
    • Schlitzauskleidungen, Keile, Phasentrenner (Nomex, Glimmer, usw.)
    • Lack- oder VPI-Harzverbrauch und Zykluszeit
    • Reifezeit/Ofenzeit und Energie
  • Qualität und Prüfung
    • Überspannung, Hipot, Teilentladung, Widerstandsmessung
    • Maßkontrollen und Kernverlustprüfung an Musterstapeln

3. Rotor-Stückliste: Wo sich Kosten und Risiken gerne verstecken

Wenn der Stator häufig die Kupferkosten dominiert, dominiert der Rotor häufig die RisikoMagnete, die mit den Rohstoffmärkten mitwachsen, mechanische Integrität bei hoher Geschwindigkeit und Produktionsertrag.

Bei Induktionsmaschinen kann man einen relativ "einfachen" Käfigläufer haben - Lamellen plus gegossene oder stabförmige Leiter -, aber das Druckguss- oder Stangenlötverfahren und die erforderliche Geradheit und Auswuchtung verursachen immer noch erhebliche Kosten.

Bei PMSMs und BLDC-Maschinen ist der Rotorstapel der Punkt, an dem Ihre Stückliste jede Preissteigerung bei Seltenen Erden zu spüren bekommt. Magnetvolumen, Sorte, Beschichtung, Aufbewahrungsmethode (Hülsen, Dosen, Verguss) und Überdrehzahl-/Burst-Anforderungen führen zu konkreten Kostenpositionen, die für sich stehen sollten, anstatt in einem einzigen Eintrag "Rotor - $Y" zu verschwinden.

Hinzu kommen die Welle, die Passfedern, die Kupplungen und die integrierten Positionssensoren, die für sich genommen klein sind, aber im Verhältnis zum Jahresvolumen eine große Rolle spielen.

• Typische Rotor-Stücklistenpositionen
  • Rotorbleche
    • Elektrostahlsorte und -dicke (oft dünner für Hochgeschwindigkeits-IR-Designs)
    • Stanzen/Stanzen plus Stapelverfahren (geschweißt, geklebt, verriegelt)
    • Schrägstufen (segmentierte Schrägstapel oder schräge Stanzmuster)
  • Magnetisches System (PMSM / BLDC)
    • Magnetmaterial (NdFeB, Ferrit, SmCo), Qualität und Beschichtung
    • Magnetvolumen und Lichtbogenabdeckung im Vergleich zum erforderlichen Drehmoment
    • Rückhaltung: Hülsen (Kohlefaser/Stahl), Dosen oder Vergussmasse
    • Magnetisierung und Handhabung (Vorrichtungen, Sicherheit, QA)
  • Leitersystem (Induktion / Wickelrotor)
    • Käfig aus Kupfer oder Aluminium (Guss oder Stab + Ring)
    • Endringbearbeitung und eventuelle Wärmebehandlung
    • Löt- oder Gießvorrichtungen und Verbrauchsmaterial
  • Mechanische Elemente
    • Schmieden von Wellen oder Stangenmaterial, Drehen, Schleifen
    • Keilnuten, Auswuchtungen, Gewinde
    • Sicherungsringe, Schrumpfsitze und zugehörige Werkzeuge
  • Auswuchten und Prüfung
    • Dynamisches Auswuchten (Maschinenzeit, Prüfgewichte)
    • Prüfung auf Überdrehzahl (falls erforderlich)
    • Rundlaufmessungen und Dokumentationspaket

4. Umwandlung von Teilen in eine kalkulierte Stückliste

Nachdem Stator und Rotor in sinnvolle Teile zerlegt wurden, besteht der nächste Schritt darin, sie in einer konsistenten CBOM-Struktur auszudrücken, die Folgendes verbindet Mengen (kg, Sekunden, Maschinenstunden) zu Geld. Die meisten Kostenmodelle der Industrie für Motoren folgen einem ähnlichen Muster: Jede Position hat Material-, Prozess- und Gemeinkostenkomponenten, wobei Werkzeuge und einmalige technische Arbeiten separat behandelt und über ein angenommenes Volumen abgeschrieben werden.

Hier ist eine vereinfachte Tabelle, die Sie direkt in Ihr Stücklistenblatt übernehmen können. Die Zahlen hier sind Platzhalter - die Struktur ist das, was zählt:

Sobald diese Struktur vorhanden ist, werden "Was-wäre-wenn"-Diskussionen zu Tabellenkalkulationen statt zu Argumenten: dünnere Bleche, eine andere Magnettopologie, segmentierte Statorzähne - sie alle werden als Parameteränderungen angezeigt, und Sie können die Auswirkungen auf die Kosten pro kW oder die Kosten pro Nm sehen.

• Häufige CBOM-Fehler, die die Stator-/Rotorkosten verzerren
  • Zusammenführung der Magnetkosten in einer einzigen Zeile "Rotormontage", anstatt sie explizit zu erfassen
  • Ignorieren von Stanz-/Laminierausschussfaktoren (insbesondere bei komplexen Zahnformen)
  • Behandlung von Hochgeschwindigkeitsausgleichs- und Übergeschwindigkeitstests als vernachlässigbar anstelle von speziellen Kostenlinien
  • Begraben der Kosten für VPI und Isolierung in einem allgemeinen Eimer "Montagearbeit".
  • Vergessen, die Investitionen in Werkzeuge und Prüfstände über realistische Volumina zu amortisieren (nicht das Volumen, das Sie Hoffnung für)
  • Verwendung eines einzigen "Kupferpreises" ohne Modellierung der Empfindlichkeit gegenüber dem Schlitzfüllfaktor und der Wahl des Leiters

5. Ein praktischer Arbeitsablauf, den Sie morgen nutzen können

Um all dies in etwas Umsetzbares zu verwandeln, ist es hilfreich, einen wiederholbaren Arbeitsablauf zu befolgen, anstatt den CBOM für jedes Projekt neu zu erfinden. Stellen Sie es sich wie eine Checkliste vor, die Sie mit Design, Fertigung und Einkauf im selben (realen oder virtuellen) Raum durchgehen.

1. Frieren Sie die Motordefinition gerade so weit ein. Erfassen Sie Topologie, Nennwerte, Kühlung und Volumenannahmen in einer einseitigen "Motorcharta".
2. Skizzieren Sie den Stator und den Rotor physikalisch. Zeichnen Sie auf einem Whiteboard oder in CAD, welche Teile zu welcher Unterbaugruppe gehören. Alles, worauf Sie zeigen können, erhält eine eigene Stücklistenzeile.
3. Erstellen Sie das CBOM-Skelett. Gehen Sie von einer Tabelle wie der obigen aus und fügen Sie unternehmensspezifische Kostenbereiche hinzu (z. B. Werksgemeinkosten, Logistik, Garantiereserve).
4. Parametrisieren Sie die Physik. Verknüpfen Sie Blechmasse, Kupfermasse, Magnetvolumen und Zykluszeiten mit Ihren elektromagnetischen und mechanischen Konstruktionsmodellen, wo immer dies möglich ist, selbst wenn dies über einfache analytische Näherungen oder FEM-Post-Processing geschieht.
5. Ergänzen Sie Lieferanten- und interne Prozessdaten. Verwenden Sie Angebote, historische Einkaufspreise und Maschinenstundensätze anstelle von Schätzungen und aktualisieren Sie sie regelmäßig.
6. Führen Sie Empfindlichkeiten aus, nicht einzelne Punkte. Behandeln Sie die Faktoren Magnetpreis, Kupferpreis, Volumen und Schrott als Schieberegler und stellen Sie dar, wie sie die Kosten pro Einheit und pro kW beeinflussen.
7. Schließen Sie den Kreis mit Design. Verwenden Sie das CBOM, um zu argumentieren Entwurf Änderungen ("wenn wir einen etwas größeren Durchmesser akzeptieren, können wir 10% Magnetvolumen einsparen, indem wir einen Außenrotor verwenden"), anstatt zu versuchen, Pfennigbeträge bei festen Zeichnungen einzusparen.

Wenn Sie nach diesem Muster vorgehen, ist Ihre "Kalkulationsstückliste für Stator und Rotor" kein nachträgliches Buchhaltungsobjekt mehr, sondern wird zu einem Konstruktionswerkzeug, mit dem Sie sich klar machen können, wo jeder Euro hingeht, warum er dort ist und wie er bewegt werden kann, ohne den Motor zu zerstören.

Und das ist der echte Wettbewerbsvorteil - nicht nur die Kosten für Stator und Rotor zu kennen, sondern auch in der Lage zu sein Form diese Kosten mit technischer Absicht.