Verfahren zur Erzeugung einer Kornorientierung in Elektroblechlamellen zur Reduzierung von Eisenverlusten

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens; Dr.-Ing. Bernd Wolter
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 561134853

Das Ziel des Forschungsvorhabens ist es, eine Reduzierung der Eisenverluste im Elektroblech im Stator rotierender elektrischer Maschinen zu erzielen, um den Wirkungsgrad zu erhöhen. Der magnetische Kern elektrischer Maschinen besteht heutzutage vornehmlich aus Eisen-Silizium Elektroblechen, die in dünnen Lamellen gestapelt werden. Die Bleche sind insbesondere für Statoren in Elektromotoren eine entscheidende Komponente. Aufgrund der ferromagnetischen Eigenschaften der Elektroblechlamellen leiten diese den magnetischen Fluss. Die magnetischen Eigenschaften sind daher entscheidend für den Wirkungsgrad und die Energieeffizienz eines Elektromotors. Von besonderer Bedeutung sind hierbei die Ummagnetisierungsverluste, welche die Dissipation von Energie beschreiben. Diese Verluste sind für die hochdrehenden Motoren von besonders groß und beeinträchtigen den Wirkungsgrad und damit die Motorleistung maßgeblich. Aufgrund von wachsenden Anforderungen an den Klimaschutz sowie den Bestrebungen der Autoindustrie nach immer verbrauchsärmeren Elektromotoren ist die Entwicklung verlustarmer Elektroblechlamellen ein Forschungsgebiet mit hohem wirtschaftlichem und ökologischem Potential. Um effiziente Methoden zur Produktion radial kornorientierter Elektroblechlamellen zu entwickeln, wird für rotationssymmetrische Bleche ein radialer Walzprozess zur Einstellung dieser Kornorientierung entwickelt und untersucht. Hierfür sollen Blechronden in radialer Richtung mit Walzen schrittweise mit wechselnden Eingriffswinkeln überfahren werden. Variiert werden hierbei der Walzstich, der Winkelversatz sowie die Überrollhäufigkeit. Im Fokus steht die Identifikation der optimalen Prozessparameter zur Erzielung der höchst möglichen gradierten Magnetisierbarkeit. Die erzielte Formänderung (Umformgrad) lässt sich dabei analytisch durch Vorgabe des Walzstiches mit Hilfe der Volumenkonstanz berechnen. Der sich während der Versuche einstellende Blechverzug wird durch einen nachgeschalteten Ziehprozess beseitigt. Erste Voruntersuchungen zur Beeinflussung der magnetischen Eigenschaften bei zylindrischen Proben durch eine Umformung wurden in Ringstauchversuchen am IFUM durchgeführt. Hierbei zeigte sich, dass eine Verbesserung der Magnetisierbarkeit im Bereich von 55 % in Kornrichtung erzielt werden konnte. Eine Übertragung der Ergebnisse auf eine radiale Kornorientierung ist für das angedachte Forschungsvorhaben vorgesehen. Am IZFP werden Messtechniken auf Basis der 3MA-Prüftechnik entwickelt, welche die lokale Bestimmung anisotroper elektromagnetischer Eigenschaften der Elektrobleche nach verschiedenen Bearbeitungsschritten ermöglichen. Eine Simulation der sich verändernden magnetischen Eigenschaften findet dabei iterativ statt. Zusätzlich werden am IFUM die Eigenspannungen in den Werkstücken vermessen. Hieraus wird ein Modell entwickelt, mit welchem sich der Einfluss der Prozessparameter der Umformprozesse auf die Isotropie der Magnetisierbarkeit der Halbzeuge bestimmen lässt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen