Hochdrehzahl-Prüfstand für elektrische Traktionsantriebe

• Fachliche Zuordnung: Elektrotechnik und Informationstechnik ; Mechanik und Konstruktiver Maschinenbau
• Förderung: Förderung in 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 527321090

Drehzahlveränderbare elektrische Antriebe besitzen eine fundamentale Bedeutung für eine erfolgreiche Energiewende. Diese zielt darauf ab einen kontinuierlichen Übergang von fossilen Energieträgern auf regenerativ erzeugte Energie zu vollziehen. Im Mobilitätssektor bedeutet dies konkret die Ablösung des Verbrennungsmotors durch abgasfreie Fahrzeuge. Unabhängig davon, ob die regenerativ erzeugte Energie in einem Akkumulator oder mittels Power-to-Gas in einem Brenngas gespeichert wird, kommt in den allermeisten Fortbewegungsmitteln zukünftig ein elektrischer Antrieb (E-Antrieb) als Traktionsantrieb zum Einsatz. Ursächlich hierfür sind die hohe Energieeffizienz über einen weiten Drehzahlbereich gepaart mit der großen Leistungsdichte, welche sich mit E-Antrieben erreichen lässt. Die 2020 gegründete Arbeitsgruppe für Innovative Antriebstechnik (AG IA) an der Hochschule Flensburg beschäftigt sich bereits im Rahmen von mehreren Forschungsprojekten mit wissenschaftlichen Fragestellungen auf dem Gebiet der hochtourigen Antriebe. Konkret werden alternative Antriebskonzepte für Elektrofahrzeuge und dieselelektrische Schiffe untersucht, die neuartige magnetische Werkstoffe vorteilhaft einsetzen. In diesem Kontext betrachtet die AG IA auch neue Herstellungsverfahren für magnetische Werkstoffe, die gänzlich neue Designfreiheitsgrade für zukünftige Antriebsgenerationen ermöglichen. Bislang fehlt jedoch die Möglichkeit, das stationäre und transiente Betriebsverhalten von elektrischen Drehstrom-Antrieben mit einer Anschlussleistung von 50 kW bis 630 kW bei Drehzahlen von bis zu 25.000 min-1 umfassend experimentell zu untersuchen. Dementsprechend ist es den Forschern versagt, eigenständig praktische Erprobungen ihrer Maschinenauslegungen durchführen. Dies schränkt eine applikationsnahe Forschungstätigkeit stark ein. Der beantragte Versuchsstand soll diese Lücke schließen und die Intensivierung der aktuellen Forschungsarbeiten ermöglichen. Er wird zudem die Zusammenarbeit mit anderen Hochschulen und der Industrie fördern, so dass Teile der geplanten Forschungsaktivitäten zukünftig durch Drittmittel finanziert werden können. Das Forschungsgroßgerät setzt sich aus einem rückspeisefähigen Netzstromrichter, einem Universal-Frequenzumrichter zur Versorgung der Lastmaschine, einem Maschinenbett nebst der erforderlichen Sicherheitstechnik, einer Lastmaschine sowie der Messtechnik zur Erfassung der mechanischen Größen zusammen. Eine Besonderheit des geplanten Prüfstands besteht darin, dass der Prüfling und die Lastmaschine ohne ein zwischengeschaltetes Getriebe direkte torsionssteif miteinander verbunden sind. So wird die axiale Länge des Antriebsstrangs verkürzt, seine rotierende Schwungmasse reduziert und mechanisches Spiel vermieden. Mit diesem neuartigen Versuchsaufbau lassen sich auch transiente Erscheinungen untersuchen, die für die Optimierung von hochtourigen Antriebssystemen mit vielen Lastwechseln eine wichtige Rolle spielen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Hochdrehzahl-Prüfstand für elektrische Traktionsantriebe
• Gerätegruppe: 2600 Elektromotoren
• Antragstellende Institution: Hochschule Flensburg
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Bernd Löhlein