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Projekt
Modellbildung weichmagnetischer Werkstoffe unter Berücksichtigung der für elektrische Antriebe relevanten Parameter
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Kay Hameyer
Fachliche Zuordnung
Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
Förderung
Förderung von 2014 bis 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 218259799
Der Fokus neuer Entwicklungen im Bereich energieeffizienter Maschinen liegt insbesondere auf einer Steigerung der Leistungsdichte und des Wirkungsgrads. Das weichmagnetische Material im Kern der Maschinen stellt hierbei die zentrale Komponente der Energiewandlung von elektrischer in mechanische Energie dar. Um eine merkbare Leistungssteigerung der Maschine zu erreichen stellt die methodische Verbesserung von Seiten des Materials eine wirksame Strategie dar. Verluste müssen in weiten Frequenzbereichen entsprechend niedrig sein, um die Effizienz auch bei hohen Drehzahlen nicht zu verringern. Beide Zielgrößen, Verluste und Magnetisierbarkeit werden durch die Auslegung der Maschine in Kombination mit den verwendeten elektromagnetischen Werkstoffen beeinflusst. Da das Potential zu Effizienzsteigerungen durch konstruktive Maßnahmen weitgehend ausgeschöpft ist, liegt der Fokus derzeitiger Forschungen und Entwicklungen besonders auf dem Werkstoffdesign. Jedoch sind hierbei nicht nur die mechanischen und elektromagnetischen Eigenschaften des Bandmaterials entscheidend, sondern darüber hinaus die Verarbeitung, die durch ihren Einfluss auf das elektromagnetische Verhalten des Materials, eine wechselseitige Betrachtung von Materialherstellung und -verarbeitung erfordert. Schwerpunkt der bisherigen Forschungsarbeiten des IEM in den ersten drei Projektjahren der Forschergruppe ist die Entwicklung eines semi-physikalischen Korrelationsmodells als Schnittstelle zwischen relevanten mikrostrukturellen Kenngrößen und makroskopisch, messbaren magnetischen und mechanischen Eigenschaften von nicht kornorientiertem Elektroband. Die teilprojektübergreifenden Gesamtziele der beantragten zweiten Förderphase der Forscher-gruppe zielen auf ein ganzheitliches Verständnis der gesamten Elektroblechherstellung und -verarbeitung ab, mit Hilfe dessen eine Beherrschung der Prozesse und damit auch gezielte Nutzung für elektrische Antriebe ermöglicht werden soll. Die Übertragbarkeit, welche anhand eines neuen Legierungskonzepts untersucht wird, die Validierung der Modellbildung sowie die anwendungsoptimierte Anpassung der Herstellungsstrategien durch die durchgängige Modellierung der Prozesskette bis hin zur Anwendung in elektrischen Maschinen sind Kernaufgabe der Zusammenarbeit der Projektpartner. Das IEM erarbeitet in diesem Zusammenhang die Schwerpunkte der metrologischen Charakterisierung der hergestellten Elektrobandproben, die Kopplung mechanischer und magnetischer Simulation unter Berücksichtigung des Materials, die quantitative Abbildung der Mikrostruktur und des Bearbeitungseinflusses und daraus abgeleitet die Bestimmung und Herstellung spezifischer Materialmikrostrukturen für verschiedene Betriebspunkte. Am Ende des Projekts stehen die Auslegung, der Aufbau und die Erprobung eines Demonstrators zur Evaluierung und Validierung der hergestellten Mikrostrukturen, Komponenten, der verwendeten Modelle und ihrer Anwendung.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
