Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Hochschule Hannover auf Innovationskurs zur Verbesserung von Elektrofahrantrieben

04.03.2019

Institut für Konstruktionselemente, Mechatronik, Elektromobilität (IKME) der Hochschule Hannover (HsH) auf Innovationskurs zur Verbesserung von Elektrofahrantrieben: Mit dem Forschungsprojekt „SYM-LStrom“ werden Maßnahmen gegen Lagerausfälle durch Lagerstrom in Elektrofahrzeugen mit Synchronmaschinen entwickelt. Durch diese Maßnahmen liefert das Projekt einen konkreten und wirkungsvollen Beitrag zur Energiewende im Verkehr durch bezahlbare Elektrofahrzeuge. Die Lösung soll, entgegen bisheriger Ansätze, für die Großserienfertigung geeignet sein.

Mobilität ist ein wichtiges Element für unsere Gesellschaft und für die Lebensqualität der Einzelnen. In den letzten Jahren wurde die Elektromobilität des Individualverkehrs bereits stark erforscht. Ungeachtet großer Fortschritte hat sich die KFZ-gebundene Elektromobilität bisher jedoch nicht durchgesetzt.


So soll es zukünftig nicht mehr aussehen - defektes Lager durch Stromdurchgang

© Foto: Prof. Dr.-Ing. Carsten Fräger

Elektrofahrzeuge werden derzeit nur in kleinen Stückzahlen gefertigt. Trotz finanzieller Anreize aus öffentlicher Hand werden sie nur vereinzelt verkauft. Häufig entsprechen Leistung und Lebensdauer nicht den Vorstellungen der Kaufenden. Langfristig gesehen soll Elektromobilität die Ressourcen fossiler Brennstoffe schonen und zu einer Reduzierung des Ausstoßes von Treibhausgasen dienen.

Dies gelingt jedoch nur, wenn die Elektrofahrzeuge zuverlässig fahren und eine gute Lebensdauer aufweisen. Ein Problem sind offene Punkte hinsichtlich der Zuverlässigkeit. Hierfür will das Projekt der Hochschule Hannover und ihrem Kooperationspartner EM-Motive GmbH mit Sitz in Hildesheim eine Lösung erarbeiten.

Schäden an einzelnen Bestandteilen der Elektrofahrantriebe, wie beispielsweise die Lager, sind häufig der Grund eines Defektes des gesamten Elektromotors. Fällt das Lager aus, dreht sich der Rotor nicht mehr und der Antrieb ist funktionslos. Die Lagerausfälle können durch sogenannte Lagerströme verursacht werden.

Durch das Projekt „SYM-LStrom“ sollen kostengünstige und wirkungsvolle Maßnahmen gegen eben solche Lagerausfälle durch Lagerströme erarbeitet werden. Durch diese liefert das Projekt einen konkreten und wirkungsvollen Beitrag zur Energiewende im Verkehr durch bezahlbare Elektrofahrzeuge. Die Lösung soll, entgegen bisheriger Ansätze, für die Großserienfertigung geeignet sein.

Stand des Wissens

Die Antriebstechnik für Elektrofahrzeuge baut vielfach auf Synchronmotoren mit Permanentmagneten auf. Zurzeit weisen diese die höchste Leistungsdichte auf. Alternativ kommen elektrisch erregte Synchronmaschinen oder Asynchronmaschinen zum Einsatz, die im Vergleich eine etwas geringere Leistungsdichte haben.

In den Umrichtern der Antriebe kommen schnell schaltende Leistungshalbleiter zum Einsatz. Die Halbleiter zeichnen sich zum einen durch eine hohe elektrische Spannung und zum anderen durch sehr kurze Schaltzeiten aus. Sie versorgen die E-Maschine mit Spannungsimpulsen.

Über Pulsmuster und Zeitdauer werden Spannung und Strom so eingestellt, dass das erforderliche Drehmoment im Motor- und Generatorbetrieb erzeugt wird. Allerdings sorgen die Impulse auch für starke Ströme durch die Auf- und Umladung der Wicklungskapazitäten. Ein Teil dieser Ladeströme fließt durch die Lager der Elektromaschine. Sind die Spannungen an den Lagern so groß, dass die Isolierschicht aus dem Wälzlagerfett durchbricht, bilden die Entladeströme Funken im Lager.

Diese führen wiederum zu einer Aufschmelzung der Laufbahnen und somit zu einem vorschnellen Verschleiß der Lager. Verstärkt wird dieser Effekt durch den Einsatz der neuen, besonders schnell schaltenden SiC-Halbleiter. Dieser Verschleiß ist bei aktuellen Antrieben für Elektrofahrzeuge im Labor bei EM-Motive beobachtet worden.

Zur Vermeidung der Ausfälle in Fahrzeugen stehen zurzeit nur teure Maßnahmen zur Verfügung, die für Großserienanwendungen ungeeignet sind. In diesem Projekt soll die Lebensdauer bei der gleichzeitigen Belastung mit mechanischen Kräften und elektrischen Strömen in den Lagern behandelt werden. Es sollen kostengünstige Maßnahmen gegen Ausfälle der Lager durch eine kombinierte elektrische und mechanische Belastung der Lager erarbeitet werden.

Technische Ziele
- Zuverlässiger Schutz vor einem Lagerausfall bei Elektrofahrzeugen
- Großserientaugliche Lösung mit geringen Kosten
- Vermeidung von Lagerausfällen bei Elektro-Traktionsantrieben mit Umrichter gespeisten elektrisch erregten oder permanentmagnet-erregten Synchronmaschinen
- Reduzierung der elektrischen Belastung Lagerstrom

Wissenschaftliche Ziele
- Mechanismen der Lagerströme und die Wirkung in Synchronmaschinen auf den Lagerausfall genau erfassen
- Zuverlässiges Berechnungsmodell für die Vorhersage von Lagerschäden erstellen

Wirtschaftliche Ziele
- Kostengünstige Realisierung von Traktionsantrieben für Elektrofahrzeuge sichern
- Dadurch Arbeitsplätze sichern und Export-Chancen verbessern

Arbeitsplan des Projektes
Das von März 2019 bis August 2021 laufende Projekt ist in folgende Arbeitsbereiche unterteilt:
1. Auswertung von Anforderungen an die Fahrantriebe
2. Messung der Lagerstrombelastung sowie der Auswirkung verschiedener Maßnahmen darauf
3. Berechnung der Lagerstrombelastung sowie Auswirkung verschiedener Maßnahmen darauf
4. Bestimmung der Lebensdauer in Abhängigkeit von den elektrischen und mechanischen Belastungen
5. Auswahl der Maßnahmen zur Sicherstellung der Lebensdauer

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr.-Ing. Carsten Fräger
Hochschule Hannover
Fakultät II
Institut für Konstruktionselemente, Mechatronik, Elektromobilität
Ricklinger Stadtweg 120
D-30459 Hannover
Raum: 1B.1.28
Tel: +49 511 9296 1383
carsten.fraeger@hs-hannover.de

Weitere Informationen:

http://www.hs-hannover.de
http://www.ikme.wp.hs-hannover.de/

Melanie Bünn | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Automotive:

nachricht Technik, die stärker ist als Schlaglöcher
15.07.2019 | Technische Hochschule Ostwestfalen-Lippe

nachricht MXT Lab: Innovationen für das autonome Fahrerlebnis - das Wohnzimmer im Auto
02.05.2019 | Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Automotive >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Magnetisches Tuning auf der Nanoskala

Magnetische Nanostrukturen maßgeschneidert herzustellen und nanomagnetische Materialeigenschaften gezielt zu beeinflussen, daran arbeiten Physiker des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) gemeinsam mit Kollegen des Leibniz-Instituts für Festkörper- und Werkstoffforschung (IFW) Dresden und der Universität Glasgow. Zum Einsatz kommt ein spezielles Mikroskop am Ionenstrahlzentrum des HZDR, dessen hauchdünner Strahl aus schnellen geladenen Atomen (Ionen) periodisch angeordnete und stabile Nanomagnete in einem Probenmaterial erzeugen kann. Es dient aber auch dazu, die magnetischen Eigenschaften von Kohlenstoff-Nanoröhrchen zu optimieren.

„Materialien im Nanometerbereich magnetisch zu tunen birgt ein großes Potenzial für die Herstellung modernster elektronischer Bauteile. Für unsere magnetischen...

Im Focus: Magnets for the second dimension

If you've ever tried to put several really strong, small cube magnets right next to each other on a magnetic board, you'll know that you just can't do it. What happens is that the magnets always arrange themselves in a column sticking out vertically from the magnetic board. Moreover, it's almost impossible to join several rows of these magnets together to form a flat surface. That's because magnets are dipolar. Equal poles repel each other, with the north pole of one magnet always attaching itself to the south pole of another and vice versa. This explains why they form a column with all the magnets aligned the same way.

Now, scientists at ETH Zurich have managed to create magnetic building blocks in the shape of cubes that - for the first time ever - can be joined together to...

Im Focus: A new quantum data classification protocol brings us nearer to a future 'quantum internet'

The algorithm represents a first step in the automated learning of quantum information networks

Quantum-based communication and computation technologies promise unprecedented applications, such as unconditionally secure communications, ultra-precise...

Im Focus: REANIMA - für ein neues Paradigma der Herzregeneration

Endogene Mechanismen der Geweberegeneration sind ein innovativer Forschungsansatz, um Herzmuskelschäden zu begegnen. Ihnen widmet sich das internationale REANIMA-Projekt, an dem zwölf europäische Forschungszentren beteiligt sind. Das am CNIC (Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares) in Madrid koordinierte Projekt startet im Januar 2020 und wird von der Europäischen Kommission mit 8 Millionen Euro über fünf Jahre gefördert.

Herz-Kreislauf-Erkrankungen verursachen weltweit die meisten Todesfälle. Herzinsuffizienz ist geradezu eine Epidemie, die neben der persönlichen Belastung mit...

Im Focus: Göttinger Chemiker weisen kleinstmögliche Eiskristalle nach

Temperaturabhängig gefriert Wasser zu Eis und umgekehrt. Dieser Vorgang, in der Wissenschaft als Phasenübergang bezeichnet, ist im Alltag gut bekannt. Um aber ein stabiles Gitter für Eiskristalle zu erreichen, ist eine Mindestanzahl an Molekülen nötig, ansonsten ist das Konstrukt instabil. Bisher konnte dieser Wert nur grob geschätzt werden. Einem deutsch-amerikanischen Forschungsteam unter Leitung des Chemikers Prof. Dr. Thomas Zeuch vom Institut für Physikalische Chemie der Universität Göttingen ist es nun gelungen, die Größe kleinstmöglicher Eiskristalle genau zu bestimmen. Die Forschungsergebnisse sind in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Science erschienen.

Knapp 100 Wassermoleküle sind nötig, um einen Eiskristall in seiner kleinstmöglichen Ausprägung zu formen. Nachweisen konnten die Wissenschaftler zudem, dass...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Mediation – Konflikte konstruktiv lösen

12.11.2019 | Veranstaltungen

Hochleistungsmaterialien mit neuen Eigenschaften im Fokus von Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft

11.11.2019 | Veranstaltungen

Weniger Lärm in Innenstädten durch neue Gebäudekonzepte

08.11.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Die Selbstorganisation weicher Materie im Detail verstehen

12.11.2019 | Physik Astronomie

Magnetisches Tuning auf der Nanoskala

12.11.2019 | Physik Astronomie

»KaSiLi«: Bessere Batterien für Elektroautos »Made in Germany«

12.11.2019 | Energie und Elektrotechnik

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics