Grundlagenforschung

Werkstoffe

Die Verwendung von neuen, innovativen Werkstoffen am IEW ist ein Schlüssel für Verbesserungen und Weiterentwicklungen von Komponenten und Systemen.

Neben dem technischen Verständnis über die jeweiligen Vor- und Nachteile sowie dem zugehörigen Know-How im Bereich Fertigung und Verarbeitung, wird auch ein betriebswirtschaftliches Grundverständnis benötigt, wann sich der Einsatz neuer Technologien und Materialien lohnt und rechnet. Das IEW greift daher immer wieder neue Entwicklungen auf, um die fundierte Grundlagenforschung anhand innovativer, anwendungsorientierter Forschung in neuen Produkten für unsere Industriepartner zur Anwendung zu bringen.

Elektrische Maschinen

Die genaue Kenntnis über den Zusammenhang der magnetischen Flussdichte B und der magnetischen Feldstärke H sowie den Ummagnetisierungverlusten im für den magnetischen Kreis verwendeten Material ist Grundvoraussetzung einer genauen Berechnung und Optimierung von elektrischen Maschinen. Daher ist die Vermessung von Materialproben zur Ermittlung der für die Simulation benötigten Materialparameter am IEW möglich und notwendig.

Zur Unterdrückung von Wirbelstromverlusten im Stator- bzw. Rotor werden diese üblicherweise als Blechpaket ausgeführt. Die Fertigung solcher Pakete ist Stand der Technik und es existiert eine große Auswahl an Elektrobandsorten mit verschiedenen Eigenschaften und in allen Preisklassen. Innerhalb der Blechebene weist Elektroband eine sehr hohe magnetische Leitfähigkeit auf, senkrecht dazu dagegen eine sehr geringe. In elektrischen Maschinen mit 2D-Flussführung, wie bspw. der Synchron-, Asynchron-, als auch der geschalteten Reluktanzmaschine stellt dies kein Problem dar. In Maschinen mit dreidimensionaler Flussführung, wie etwa der Transversal- oder Axialflussmaschine, ist diese Eigenschaft hingegen ungünstig. Am IEW wird seit einigen Jahren an einer Lösung geforscht, die es ermöglicht 3D-Flussführung in Transversalflussmaschinen durch Anordnung mehrerer Blechpakete in bewährter und kostengünstiger Fertigungstechnik zu realisieren. Darauf aufbauende Fragestellung wie etwa die Modellierung der Eisenverluste in solchen magnetischen Kreisen, sind Gegenstand aktueller Forschungsarbeiten am IEW.

Ein weiterer, bisher wenig industriell verwendeter Werkstoff im Bereich Elektromaschinenbau ist der Soft Magnetic Composite (SMC) Verbundwerkstoff. SMC besteht aus einem verpressten und wärmebehandelten Metallpulver, dessen einzelne Körner mit einer dünnen Isolationsschicht überzogen sind, sodass das Material eine geringe elektrische Leitfähigkeit und damit sehr geringe Wirbelstromverluste aufweist. Durch die Materialstruktur weist SMC eine in alle Raumrichtungen gleiche, allerdings auch vergleichsweise geringe magnetische Leitfähigkeit und im Vergleich zu Elektroblech größere Eisenverluste bei geringer Frequenz auf. Durch den Fertigungsprozess ergeben sich aber völlig neue Möglichkeiten der Formgebung und Gestaltung weichmagnetischer Bauteile. Der Einsatz dieses Werkstoffes im magnetischen Kreis elektrischer Maschinen wurde am IEW bereits in mehreren Dissertationen untersucht.

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Institut für Elektrische Energiewandlung