Schwerpunkte

Effiziente Elektromotoren an der TUM

Scharfe Kanten der Elektrobleche

19. Februar 2018, 10:13 Uhr   |  Andreas Pfeffer

Scharfe Kanten der Elektrobleche
© Andreas Heddergott | TUM

Einzelne Elektrobleche werden zu einem kompakten Rotorblechpaket zusammengefügt.

Für die Effizienz des E-Motors sind auch die magnetischen Eigenschaften der der so genannten Elektrobleche entscheidend. Wissenschaftler der Technischen Universität München (TUM) untersuchten und optimierten den Verarbeitungsprozess der Bleche.

Forscher arbeiten weltweit daran, die Effizienz der Elektromotoren zu erhöhen und so die Energieaufnahme von E-Fahrzeugen zu senken. Zahlreiche Einzelkomponenten spielen hierbei eine entscheidende Rolle – allen voran die Elektrobleche. Sie haben eine entscheidende Bedeutung, da in ihnen die Magnetfelder erzeugt werden, die den Motor durch die Anziehungs- und Abstoßungskräfte in Bewegung versetzen.

Je nach Aufbau des Motors sind unterschiedliche Löcher in den Blechen erforderlich – beispielsweise für die im Motor verbauten Kupferspulen.

Statorblechpaket der TUM
© Andreas Heddergott | TUM

Blechpaket eines segmentierten Stators.

Jedes Blech wird dabei einzeln in einer Presse gestanzt – vergleichbar mit einem Locher. Spezielle Schneidwerkzeuge kommen zum Einsatz, die die vorgegebene Geometrien in die Bleche einbringen. Anschließend werden die Bleche zu kompakten Paketen verbunden.

Stromaufnahme

In der Werkstatt haben Forscher vom Lehrstuhl für Umformtechnik und Gießereiwesen der TUM den Prozess detailliert untersucht. Projektleiter Hannes Weiss kommentiert: »Wir wollten herausfinden, wie die Verarbeitung der Bleche durch den Stanzprozess die magnetischen Eigenschaften der Bleche beeinflusst.«

Die Wissenschaftler fanden heraus, dass die Schärfe der entsprechenden Schneidstempel einen großen Einfluss auf die magnetischen Eigenschaften der Bleche hat. Vergleichen lässt sich der Effekt mit einer Schere, die mit der Zeit stumpf wird: Es wird mehr Kraft nötig, um das Papier zu schneiden. In den Blechen entstehen durch die stumpferen Kanten größere Spannungen – das Material wird gebogen und damit einer mechanischen Belastung ausgesetzt. Die resultierenden Spannungen haben einen großen Einfluss auf die magnetischen Eigenschaften. »Teilweise ist die vierfache Strommenge nötig, um die gleiche Magnetisierung zu erreichen«, sagt Weiss.

Hannes Weiss am Stanzautomaten der TUM
© Andreas Heddergott | TUM

Am Stanzautomaten schneidet Hannes Weiss die Elektrobleche mit komplexen Werkzeugen.

Einen weiteren großen Einfluss hat der so genannte Schneidspalt – der Abstand zwischen den Schneidkanten. Wieder lässt sich der Zusammenhang am Beispiel der Schere verdeutlichen: Ist die Fixierung der Klingen locker, wird der Abstand zwischen den Klingen zu groß und das Papier franst beim Schneiden aus.

Das Untersuchungsergebnis zeigt, dass scharfe Schneidkanten und ein kleiner Schneidspalt für die magnetischen Eigenschaften und somit den Wirkungsgrad entscheidend sind.

Die Forschung findet im Rahmen des ersten Teils des Projekts FOR1897 »Verlustarme Elektrobleche für energieeffiziente Antriebe« statt. Das Projekt wurde durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.

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