Leichte, effiziente Traktionsantriebe durch federnde Rotorkomponenten (fedeRo)

Abstract

Leichtbau hat für die Entwicklung zukünftiger, effizienter und emissionsarmer Fahrzeuge eine große Bedeutung. Dies gilt insbesondere für die Traktionsantriebe der Fahrzeuge, aber auch für die Antriebe von Nebenaggregaten, da viele der Antriebskomponenten während des Betriebs des Fahrzeugs sowohl translatorisch als auch rotatorisch beschleunigt und abgebremst werden. Gewicht und Massenträgheit der Komponenten und Baugruppen der Antriebe stehen damit im Zusammenhang mit der Effizienz des Fahrzeugs. Bei elektrischen Antrieben gilt dies insbesondere für die rotierende Baugruppe – den Rotor. Er leistet einen wesentlichen Beitrag zum Gewicht und zur Effizienz der Antriebe und des gesamten Fahrzeugs. Jedoch weisen die heutigen Antriebe und Rotoren im Hinblick auf Leichtbau- und Effizienzanforderungen deutliche Verbesserungspotenziale auf. Darüber hinaus sind sie in der Fertigung durch die notwendigen Prozesse zeit- und kostenintensiv. Ziel des Forschungsprojektes „fedeRo“ (Leichte, effiziente Traktionsantriebe durch federnde Rotorkomponenten) ist es, durch den Einsatz federnder Rotorkomponenten sowie innovativer Fertigungsverfahren und Werkstoffe für Rotorbandagierungen einen Beitrag zur Entwicklung von leichten und effizienten elektrischen Antrieben für Fahrzeuge zu leisten. Die Gewichtsreduzierung der Antriebe resultiert unter anderem aus einer Steigerung der maximalen Rotordrehzahl, die durch die entwickelten federnden Rotorkomponenten und -bandagierungen ermöglicht wird. So konnte beispielsweise das Gewicht der Rotorbaugruppe eines Traktionsantriebs eines batterieelektrischen PKWs der Kompaktklasse durch die entwickelten federnden Komponenten deutlich reduziert werden. Im Rahmen des Projektes wurden Rotor- Demonstratoren mit den entwickelten federnden Komponenten prototypisch aufgebaut und anschließend auf Komponenten- und Systemebene validiert. Dazu erfolgten unter anderem Motorentests in einer kompletten elektrischen Antriebseinheit, um die Funktion der entwickelten Komponenten und die Effizienz der damit aufgebauten Rotoren zu überprüfen. Neben der Rotorbaugruppe für den Traktionsantrieb wurde im Rahmen des Forschungsprojektes eine Rotorbaugruppe für einen elektrischen Antrieb eines Fahrzeug- Nebenaggregats – einem Turbo-Kompressor für eine Brennstoffzelle – betrachtet. Durch die entwickelten innovativen Fertigungsverfahren und Werkstoffe für die Rotorbandagierung konnte ebenfalls eine Steigerung der maximalen Motordrehzahl und damit eine Gewichtsreduzierung des Antriebs erreicht werden. Darüber hinaus wurde eine neuartige Maschine zum Schleudern und Wuchten von ungewuchteten Rotoren entwickelt und aufgebaut, die einen effizienteren Fertigungsprozess von Rotoren ermöglicht, weil bereits ungewuchtete Rotoren mit maximaler Motordrehzahl geschleudert werden können. Das Schleudern während der Rotorproduktion dient einer Vorwegnahme von Unwuchtverschlechterungen des Rotors im späteren Betrieb des Motors, die durch Setzeffekte oder bleibende Verformungen einzelner Bauteile hervorgerufen werden können. Damit kann ein zusätzliches Wuchten vor dem Schleudern entfallen.