Elektromagnetische Bewertung und Quantifizierung von Schweißprozessen zur Paketierung von Elektroblechen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Kay Hameyer; Professor Dr.-Ing. Uwe Reisgen
• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 432930813

Die Leistungsdichte und Effizienz elektrischer Maschinen wird maßgeblich durch die magnetischen Eigenschaften des Kernmaterials bestimmt. Für die Herstellung magnetischer Kerne von rotierenden elektrischen Maschinen werden einzelne Blechlamellen aus Elektroband, die durch eine Beschichtung elektrisch voneinander isoliert sind, gestapelt und zur Fixierung gefügt. Damit sind nicht nur die Eigenschaften des Ausgangsmaterials für seine Anwendung entscheidend, sondern auch der Einfluss der Bearbeitung auf die Zielgrößen des Materials, das heißt auf die Magnetisierbarkeit und die Verluste.Heute werden zum Fügen Verfahren wie das Kleben durch Backlack, das Stanzpaketieren und das Schweißen eingesetzt. Beim Kleben wird der Stapelfaktor der Bleche durch Einbringung des Klebstoffs stark verringert. Beim Stanzpaketieren ergeben sich Kurzschlüsse, was einen hohen Anstieg der Wirbelstromverluste hervorruft. Die Folge ist eine Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften. Die Beeinträchtigung der magnetischen Eigenschaften beim Schweißen erfolgt aufgrund der prozessbedingten Veränderung von Korngröße und -orientierung, der Einbringung von Eigenspannungen sowie durch die lokale Beeinträchtigung der Isolation.Der Einfluss des Schweißens auf die magnetischen Eigenschaften der Elektrobleche ist bis-her noch nicht eingehend beschrieben. Ziel des Projekts ist es eine elektromagnetische Be-wertung und Quantifizierung von Schweißprozessen zur Paketierung von Elektroblechen zu ermöglichen. Dafür wird das Laserstrahlschweißen mit seiner sehr geringen Energieeinbringung untersucht. Als Modifikationen zur weiteren Reduktion der Energieeinbringung stehen das Laserstrahlpulsschweißen sowie das Laserstrahlschweißen im Vakuum zur Verfügung. Es werden sowohl Linearschweißnähte als auch Schweißpunkte verschiedener Anordnungsmuster getestet. Für die Quantifizierung der Einflüsse wird ein Gesamtmodell erstellt, das sowohl die Fertigung, als auch die magnetischen Eigenschaften der Blechpakete in Betracht zieht. Dazu wird eine geschlossene Kette von der Simulation der Fügetechnik bis zur Simulation der magnetischen Eigenschaften entwickelt, welche eine Quantifizierung und Bewertung der Schweißverbindung in Hinblick auf die Effizienz unter Einbezug der nötigen Torsionssteifigkeit ermöglicht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen