Machbarkeitsstudie 3D Druck Elektromotoren

Das zentrale Forschungsziel dieses Projekts ist es zu untersuchen und zu erproben, inwieweit die Technologie des Additive Manufacturing für die Herstellung von Rotoren geberlos geregelter permanentmagneterregter Synchronmaschinen geeignet ist. Als Ausgangsmaterial wird dabei zunächst auf SMC-Materialien (Soft-Magnetic-Composite) zurückgegriffen. Wobei auch weitere Materialien Gegenstand der Forschung werden können.

Die Verfahren des Additive Manufacturing bieten drei zentrale Vorteile gegenüber klassischen Herstellungsverfahren, die sowohl für die möglichen Anwendungsbereiche von PMSM als auch für die industrielle Fertigung der geregelten Antriebe von großer Bedeutung sein können.

• Die notwendigen Streustege können gezielt so gestaltet werden, dass sie die mechanischen Randbedingungen einhalten und gleichzeitig eine geringe magnetische Leitfähigkeit aufweisen. Denkbar ist hier der Einsatz von feinen Gitterstrukturen. Die Gestaltung des Rotors ist somit nicht mehr auf den zweidimensionalen Schnitt beschränkt, sondern kann direkt dreidimensional gestaltet und hergestellt werden.
• Der Einfluss der Stanzwerkzeuge und die damit verbundenen Unsicherheiten der magnetischen Eigenschaften entfallen vollständig. Die neue Herstellungstechnologie bietet voraussichtlich eine erheblich bessere Vorhersage und Reproduzierbarkeit der magnetischen Eigenschaften. Diese Aspekte sind nicht nur für die geberlose Regelung im Besonderen sondern für hochausgenutzte elektrische Antriebe allgemein von großer Bedeutung.
• Weiterhin ist für zukünftige Projekte denkbar, das Permanentmagnetmaterial ebenfalls im Druckverfahren einzubinden, was im Rahmen dieser Machbarkeitsstudie allerdings noch nicht weiter untersucht wird. Damit entfallen die üblichen Beschränkungen der Magnetabmessungen und Formen. Die Menge des eingesetzten Magnetmaterials und damit die Kosten sinken, wenn das bisher übliche nachträgliche Abschleifen der Magnete auf Sollmaß entfallen kann. Zudem sinkt der technologische Aufwand zur Einbringung und Fixierung der Magnete im Blechpaket. Die Ausführung eines geschrägten Rotors ist mit diesem Verfahren mit keinem zusätzlichen Aufwand verbunden, was einen großen Vorteil gegenüber Rotorblechpaketen bietet.

Im Rahmen dieser Machbarkeitsstudie steht die praktische Erprobung anhand von Probekörpern und eines ersten Demonstrator-Motors im Vordergrund.

Dabei kann das DMRC seine Erfahrungen im Bereich Additive Manufacturing in das Projekt einbringen und auf die vorhandene technische Ausrüstung zur Herstellung der Probekörper und des Demonstrators zurückgreifen.

Das IAL kann als federführende Forschungseinrichtung bei dem ATEM-Projekt Geberlos auf die Teilergebnisse und Erfahrungen im Bereich des Maschinendesigns geberloser PMSM zurückgreifen.

Am Ende dieses Projekts sollen erste Aussagen zur Bedeutung des Additive Manufacturing für den Elektromaschinenbau abgeleitet werden.

Daraus ergeben sich die Potentiale für weiterführende Projekte.