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Projekt
Hochdrehzahlprüfstand
Fachliche Zuordnung
Elektrotechnik und Informationstechnik
Förderung
Förderung in 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 517384694
Drehstrom-Elektromotoren zum Antreiben rotierender Arbeitsmaschinen waren jahrzehntelang aufgrund der fehlenden Leistungselektronik auf Drehzahlen von 3.000 1/min und darunter beschränkt, wodurch punktoptimierte Aggregate entstanden sind. Erst mit dem Aufkommen zuverlässiger, günstiger Leistungselektroniken in den 90er Jahren ergab sich die Möglichkeit, auch andere Antriebsdrehzahlen mit der elektrischen Maschine anzufahren, ohne ein in vielen Punkten nachteiliges Getriebe oder verschleißbehaftete Gleichstrommotoren einsetzen zu müssen. Mit Frequenzumrichtern sind bei Drehstrommotoren nun Drehzahlen jenseits von 3.000 1/min realisierbar. Je nach Anwendung können dies bei Werkzeugspindeln mehrere 10.000 1/min sein, bei elektrischen Dentalbohrern oder elektrischen Turboladern sogar mehr als 100.000 1/min. Solch hohe Drehzahlen haben verschiedene Vorteile, wie die signifikante Verbesserung des Ressourceneinsatzes (Baugrößenreduktion durch höhere Drehzahlen bei gleichbleibender Leistung) oder die Verbesserung von Wirkungsgrad, Dynamik, Lebensdauer und Kosten durch Entfall des Getriebes. Eine hohe Drehzahl kann aber auch prozessbedingt notwendig oder vorteilhaft sein, beispielsweise bei Turbokompressoren (Brennstoffzellenlader oder Abgasturbolader), Turbomolekular-Vakuumpumpen, Hochgeschwindigkeits-Dreh- und Fräsanwendungen, Motor-Generatoren für Schwungradspeicher, Generatoren für Mikrogasturbinen oder Zentrifugenantriebe. Die Arbeitsgruppe des Antragstellers forscht bereits an Elektromotoren aus speziellen Werkstoffen, die besonders bei hohen Drehzahlen und Frequenzen verlustärmer im Vergleich zu herkömmlichen realisierten Elektromotoren sind. Die Mitantragsteller forschen an: (i) Schnellschaltenden Frequenzumrichtern, die hervorragend zur Ansteuerung von elektrischen Hochdrehzahlmotoren geeignet sind; (ii) CFK (Carbonfaserverstärkter Kunststoff)-Bandagen zur Aufnahme der Fliehkräfte bei Rotoren in Hochdrehzahlanwendungen; (iii) CFK-Bauteilen wie Wellen, die zur mechanischen Prüfung einem Hochdrehzahl-Test mit anschließender Ultraschall-Erfassung zu unterziehen sind. Die Arbeitsgruppen von Antragsteller und Mitantragstellern kooperieren eng im Forschungsschwerpunkt "Hocheffiziente technische Systeme". Begrenzt werden die Forschungsarbeiten zu Hochdrehzahlanwendungen aktuell durch einen fehlenden Hochdrehzahlprüfstand, um die erarbeiteten Lösungen realitätsnah erproben sowie optimieren zu können und um neue Projekte zu akquirieren. Es soll daher ein passendes Großgerät beschafft werden. Dieses setzt sich aus den Hauptkomponenten Maschinengestell, aktive Belastungsmaschine im 4-Quadrantenbetrieb, Hochleistungsgetriebe sowie hochpräzisen Messgeräten (etwa Drehmomentsensor, Schwingungsmesser, Stromwandler) zusammen. Das Großgerät erweitert das Leistungsspektrum des Forschungsschwerpunkts "Hocheffiziente technische Systeme" signifikant und kann von allen angeschlossenen Arbeitsgruppen und In-Instituten genutzt werden.
DFG-Verfahren
Forschungsgroßgeräte
Großgeräte
Hochdrehzahlprüfstand
Gerätegruppe
2560 Prüfstände für Fahrzeuge und Aggregate (außer Motorenprüfstände 286)
Antragstellende Institution
Hochschule Kaiserslautern
