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Stator und Rotor einer Kurzschlussläufer-Asynchronmaschine mit Kupferkäfig und segmentiertem Kurzschlussring (Foto: HTW)
Kupfergestabte Läuferwicklung mit axial segmentierten Ringen für Asynchronmaschinen - KLaRA (MatEnUm 2)
Drittmittelprojekt mit Industriebeteiligung

Prof. Dr.-Ing. Thomas Schuhmann

Prof. Dr.-Ing. Joachim Gründer
M.Sc. Sören Miersch

Das Projekt beschäftigt sich mit der Steigerung der Effizienz und Drehzahlfestigkeit von elektrischen Maschinen. Elektrische Antriebe haben aufgrund ihrer Effizienz, Flexibilität und inhärenten Fähigkeit zur Rekuperation breite Anwendung in Industrie, Haushalt und Gewerbe sowie zunehmend auch in der Elektromobilität gefunden. Die am Häufigsten eingesetzte elektrische Antriebsmaschine ist dabei die Asynchronmaschine (ASM) mit Kurzschlussläufer. Die Wicklung des drehbaren Rotors besteht dabei aus Stäben eines elektrisch leitfähigen Materials. Diese werden an ihren Enden durch zwei massive Endringe bzw. Kurzschlussringe leitend miteinander verbunden. Häufig wird diese „Käfigwicklung“ mittels Aluminium-Druckguss gefertigt. Aufgrund steigender Anforderungen an die Effizienz sowie die Leistungsdichte bzw. die Drehzahl der Antriebe ist häufig ein Übergang zu Kupfer als Leitermaterial notwendig. Der Kupferkäfig kann ebenfalls gegossen werden, dieser Fertigungsschritt ist jedoch aus technologischer, ökonomischer und ökologischer Sicht ungünstig. Alternativ kann der Cu-Käfig auch durch Einbringen einzelner Stäbe und anschließende Kontaktierung der Endringe („Staben“) hergestellt werden. Häufig finden hierfür Lötverfahren Anwendung, welche die Festigkeit beeinträchtigen und viel Energie benötigen.
Ziel des Forschungsprojektes ist es, optimierte Fertigungsverfahren für gestabte Kupferläufer in ASM zu erarbeiten. Lösungsansatz ist die Verwendung mehrerer, segmentierter Endringe anstelle von einzelnen, massiven Ringen. Durch die gezielte Anordnung von Endringscheiben unterschiedlicher Materialien mit variierenden Abständen lassen sich wichtige Eigenschaften wie die mechanische Festigkeit, die Wärmeabfuhr und die Effizienz gezielt beeinflussen. Durch gekoppelte elektromagnetische, thermische und strukturmechanische Untersuchungen sollen durch die Verbundpartner optimale, flexibel fertigbare Läuferdesigns gefunden werden. Ziel im Sinne einer nachhaltigen Entwicklung ist die Steigerung der Energieeffizienz bei der Herstellung und Anwendung elektrischer Antriebe sowie ein weitgehender Verzicht auf Seltenerdmaterialien in elektrischen Fahrzeugantrieben.


SMWK

VEM motors Thurm GmbH, Wieland Werke AG Ulm

01.03.2018 bis 31.12.2020