CD-Labor for Bürstenlose Antriebe für Pumpen- und Lüfteranwendungen

Um den weltweit steigenden Energiebedarf künftig decken zu können, kommt der effizienten Nutzung von elektrischer Energie eine zentrale Bedeutung zu. Dabei spielen elektrische Antriebe, wie sie im Fokus dieses CD Labors stehen, eine wichtige Rolle.

Die internationale Energiebehörde IEA geht davon aus, dass der Bedarf an elektrischer Energie zwischen 2010 und 2035 um mehr als 70% steigen wird. Die Industrie unterliegt daher immer strenger werdenden Umweltschutzauflagen, welche im Bereich der Antriebstechnik in Zukunft vor allem durchzunehmende Elektrifizierung und Ausnützen des Energieeinsparpotenzials moderner drehzahlvariabler Antriebssysteme begegnet werden wird.

Nicht nur größere Hauptantriebe – zum Beispiel in der Automobilindustrie – sind von dieser Energiedebatte betroffen. Neben dem Hauptantrieb benötigen vor allem Hilfsantriebe, beispielsweise Ventilatoren und Pumpen für das Thermalmanagement eines Fahrzeugs, aber auch für Haushaltsgeräte und Hilfsaggregate in anderen Anwendungen, entsprechend große Mengen an Energie.

Viele der Systeme, in denen elektrische Antriebe eingesetzt werden, werden technisch immer weiter ausgereift. Sobald sie unter Beibehaltung des gewohnten Komforts oder auch bei gesteigerter Attraktivität für den Nutzer zu akzeptablen Preisen angeboten werden können, werden sie ältere Systeme verdrängen. So werden z.B. hydraulische Komponenten, oder etwa Pumpen und Lüfter, die durch Drosseln des Leistungsflusses reguliert werden, früher oder später verschwinden. Dies setzt voraus, dass elektrische Energie in ausreichendem Maße zur Verfügung gestellt und effizient genutzt werden kann. Die Wirkungsgrade dieser Komponenten und ihrer Systeme müssen daher signifikant verbessert werden. Wichtige Hebel sind dabei das Gewicht, das Volumen und der Materialverbrauch.

Dieses CD-Labor erforscht die Optimierung integrierter bürstenloser Antriebe hinsichtlich mehrerer Kriterien. Bei derartigen bürstenlosen Antrieben wird das für den Betrieb notwendige Wander- oder Drehfeld durch elektronische Ansteuerung bzw. Kommutierung erzeugt. Der Läufer enthält in der Regel Permanentmagnete. Der Ständer umfasst die Spulen, die von einer elektronischen Schaltung zeitlich versetzt angesteuert werden, um das für die Drehmomentbildung notwendige Wander- oder Drehfeld entstehen zu lassen.

Dieses CD-Labor erstellt im ersten Schritt analytische und semi-analytische Modelle für bürstenlose Antriebe mit signifikant verbessertem Wirkungsgrad und optimierter Drehzahl- und Drehmomentdichte. In einem Folgeschritt sollen Skalierungsregeln erarbeitet und Kostenfaktoren berücksichtigt werden, so dass das erworbene Grundlagenwissen durch die Unternehmenspartner auf die Produktion unter realen Bedingungen übertragen werden kann. Hierbei wird vor allem an für die Herstellung optimierten Designs, sowie an alternativen Antrieben geforscht.

Es wird erwartet, dass die Ergebnisse dieser Grundlagenforschung für die Entwicklung von Produktlinien für zukünftige, hinsichtlich der verschiedenen Kriterien optimierte bürstenlose Antriebe wesentlich sein werden, und damit einen wichtigen Beitrag zur Sicherung der Energieversorgung der Zukunft leisten werden.