Wirtschaftsspiegel Thüringen – Ausgabe 03/2021

Kunststoff 47 Fotos/Grafik: TU Ilmenau die Erwärmung der Aktivteile, also der mit stromdurchflossenem Kupferdraht umwickelten Polsegmente und die Kühlung durch die Luftströmung ge- genübergestellt. So konnten die lokalen Betriebstemperaturen rechnerisch er- mittelt werden. Diese lokalen Tempe- raturunterschiede führen zu zusätzli- chen Spannungen und Verformungen im Bauteil und verändern die Material- eigenschaften. Abschließend muss in diesem Berech- nungsprozess geprüft werden, ob die ur- sprüngliche mechanische Auslegung den simulierten Belastungen standhält, oder ob Anpassungen notwendig sind, die zu einer weiteren Berechnungs- schleife führen. Werden alle Anforde- rungen erfüllt, führen die Simulationen zu einer finalen Rotorgeometrie sowie der entsprechenden Werkstoffkombi- nation. Der begleitende Industriebeirat der For- schungsgruppe zeigt sich sehr interes- siert an den Ergebnissen, sodass die Entwicklungsarbeiten über das Projekt- ende hinaus weitergeführt werden. Ins- besondere die Schmuhl Faserverbund- technik GmbH & Co. KG als Thüringer Hersteller für Faserverbundkomponen- ten treibt die Forschung maßgeblich voran und hat sich als Ziel gesetzt, per- spektivisch Komponenten für die Mo- tortechnologie zu produzieren. Die An- forderungen an Maßhaltigkeit und Oberflächengüte für den Rotoraufbau aus einer hybriden Materialkombination sind ausgesprochen komplex. Mittels neuer, innovativer Produktionsprozesse sollen Faserverbundbauteile von he- rausragender Qualität entstehen. Die Prozessoptimierung in der Herstellung nimmt daher einen hohen Stellenwert innerhalb des Unternehmens ein, was sich auch in weiteren Forschungspro- jekten (ZIM-Kooperationsprojekte: RTM- Control, SenPro) in Zusammenarbeit mit dem Fachgebiet Kunststofftechnik der Technischen Universität Ilmenau wider- spiegelt. Das Projekt wurde gefördert durch den Freistaat Thüringen aus Mitteln des Europäischen Sozialfonds. Die Bewirt- schaftung erfolgte durch das Thüringer Innovationszentrum Mobilität (ThIMo). Autoren: M. Sc. Benedikt Neitzel Prof. Dr. Florian Puch Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Möckel hängigen mechanischen Eigenschaften und so zu einer Erweiterung des mög- lichen Anwendungsspektrums führen. Basierend auf dem Antriebskonzept der Axialflussmaschine wurden im Fachge- biet Kleinmaschinen Berechnungen und Simulationen durchgeführt, um eine Beispielkonfiguration mit optimierten Daten zu generieren. Forschungsmit- telpunkt des Fachgebietes Kunststoff- technik war die Konzeption von Rotoren für diese Art von Antrieben, unter Nutzung von Faserverbundwerkstoffen und einer Luftlagerung. Zunächst wurde zu diesem Zweck eine überschlägige Auslegung des mechanischen Aufbaus und der Werkstoffkombination durchge- führt. Der Rotor erfährt im späteren Betrieb komplexe Belastungen. Mit Hilfe umfangreicher Simulationen wur- de die Struktur des Rotors so belas- tungsfähig wie möglich gestaltet und gleichzeitig der Materialeinsatz und das Gewicht minimiert. Die Simulationen teilen sich in drei Teilbereiche auf: Die Simulation der Strömungsverhältnisse bedingt durch die Luftlagerung, die Simulation der thermischen Erwärmung im Betrieb und die Simulation der me- chanischen Belastungen. Nach einer ersten Definition der Rotor- geometrie wird in einer Strömungssi- mulation geprüft, wie die Tragkraft des Luftstromes maximiert werden kann und welches Luftvolumen dafür bereit- gestellt werden muss. Diese Simula- tionsumgebung wurde am Fachgebiet Kunststofftechnik vollumfänglich para- metrisiert, sodass aus zwölf variablen Parametern (zum Beispiel Luftspalt- breite, Luftdruck, Düsenanzahl, Düsen- position) mittels virtueller statistischer Versuchsplanung optimale Betriebs- punkte automatisiert gefunden wurden. Mittels Strömungssimulation wurde ne- ben der Tragkraft und der benötigten Luftmenge auch die Strömungsge- schwindigkeit berechnet, die wiederum die Grundlage für die nachfolgende thermische Simulation bildet. Innerhalb dieser thermischen Simulation wurden Abb. 2.: FEM Modell der Strömungssimulation