Untersuchung der magneto-mechanischen Wechselwirkungen von nicht kornorientiertem Elektroband – Analyse der mechanischen und magnetischen Ermüdung bei Nutzung des Effektes des Barkhausenrauschens

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Ulrich Krupp; Dr.-Ing. Nora Leuning, seit 7/2024
• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 504143095

Die Ermüdung von Werkstoffen führt zur Veränderung von Materialeigenschaften. Dies hat einen erheblichen Einfluss auf die Eigenschaften einer Anwendung, in der Komponenten und Bauteile aus diesen Werkstoffen enthalten sind. Während die mechanische Ermüdung bei Konstruktionswerkstoffen ein zentrales Anwendungskriterium darstellt, wird die Ermüdung weiterer technologischer Eigenschaften, wie beispielsweise den magnetischen Eigenschaften von Elektroband, generell nicht betrachtet. Das Ziel des beantragten Projektes ist es zunächst, neuartige nicht kornorientierte Elektrobandgüten unter Einsatz von Cu und Nb als Legierungselemente herzustellen, die sich durch eine höhere Festigkeit als herkömmliche Elektrobandgüten auszeichnen. Hochfeste Elektrobandgüten sind bei Hochdrehzahlmaschinen notwendig, um die resultierenden Fliehkräfte aufnehmen zu können. Je höher die Drehzahl, desto größer wird die Leistungsdichte des Motors sein. Aufgrund der rotierenden Beanspruchung und möglicher dynamischer Drehgeschwindigkeitsänderungen bei elektrischen Maschinen im Betrieb, muss das bisher kaum untersuchte Thema der mechanischen Ermüdung von Elektroband betrachtet werden. Es ist bekannt, dass mechanische Spannungen im weichmagnetischen Werkstoff die magnetischen Eigenschaften negativ beeinflussen. Das zentrale Ziel des Projektes ist es daher die mechanische Ermüdung mit der magnetischen Eigenschaftsänderung in Folge von zyklischen Belastungen zu untersuchen, zu verstehen und zu quantifizieren. Die im Projekt unterschiedlich legierten und hergestellten Elektrobänder werden gewalzt und in verschiedenen thermischen Prozessen unterschiedlich schlussgeglüht. Nach diesen Fertigungsschritten soll darauf folgend eine mechanische Ermüdungsbelastung von Werkstoffproben durchgeführt werden. Mit Hilfe des Barkhausenrauschens soll hierzu eine Methode erarbeitet werden, durch die, neben der etablierten Technik der Beurteilung der mechanischen Ermüdung, auch die magnetische Schädigung an gefertigten Bauteilen quantifiziert werden kann. Die erhobenen Daten werden zusätzlich genutzt, um eine Vorhersage der magnetischen Schädigung infolge mechanischer Wechselbelastung durch Modellierung einer „magnetischen“ Wöhlerkurve zu erzielen. Das beantragte Projekt gliedert sich wie dargestellt, in drei Teilaspekte: Untersuchung und Modellierung der magnetischen und mechanischen Ermüdung, die Quantifizierung durch Erweiterung des Messspektrums bestehender Methoden und die Untersuchung der relevanten Parameter eines ermüdungsresistenten Werkstoffdesign.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Kay Hameyer, bis 6/2024