AUTOREN
Dr.-Ing.
Henning Wagner
ist Projektleiter Entwicklung
bei der Felss Systems GmbH
in Königsbach-Stein
Dennis Beihofer, B. Eng.
ist Teamleiter Entwicklung
bei der Felss Systems GmbH
in Königsbach-Stein
Dipl.-Wirt.-Ing.
Thomas Peter
ist Geschäftsführer der
Felss Systems GmbH
in Königsbach-Stein
Optimierte Energieeffizienz und die Abbildung
anwendungsgerechter
Motoreigenschaften
spielen eine tragende
Rolle bei der
Entwicklung
elektromotorischer
Fahrzeuge.
Auf Komponentenebene
bedeutet
dies die Erschließung
des vorhandenen
Leichtbaupotenzials
und die Umsetzung
von Modularisierungsstrategien.
Dem Elektromotor
kommt dabei als Hauptfunktionsträger
eine zentrale
Bedeutung
zu. Neben Wickel- und Lamellenstapelgeometrie
bietet
das Rotorwellendesign
besonderes
Optimierungspotenzial,
da zum einen eine Hohlwelle
ein enormes
Leichtbaupotenzial
ausschöpft
und zum anderen
durch
eine geschickte
Segmentierung
der Welle ein wesentlicher
Nutzen für modulare
Motorkonzepte
entsteht.
Bei der Übertragung
aktueller
Produktarchitekturen
auf elektrisch
angetriebene
Fahrzeuge
können somit Leistungsklassen,
wie sie im
Automobilbereich
zum Einsatz
kommen, durch einfache
Kombination
unterschiedlicher
Rotorwellensegmente
bei gleichzeitiger
Ausnutzung
der Skaleneffekte
großer Losgrößen
realisiert
werden 1.
Um die genannten
Potenziale
zu nutzen, entwickelt,
testet und
optimiert
Felss Systems GmbH gemeinsam
mit dem Fraunhofer-
Institut
für Werkzeugmaschinen
und Umformtechnik
IWU eine
segmentierte
Rotorwelle
für den Einsatz
im Automobilbereich.
Neben der Fertigungsfolge
wird eine spezielle
Fügegeometrie
weiterentwickelt
und sowohl simulativ
als auch experimentell
bezüglich
ihrer Tragfähigkeit
geprüft.
TECHNOLOGIE UND WISSENSCHAFT
Robin Kurth, M. Sc.
ist wissenschaftlicher Mitarbeiter der
Abteilung Werkzeugmaschinen am
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen
und Umformtechnik IWU in Chemnitz
Dipl.-Ing.
Robert Tehel
ist wissenschaftlicher Mitarbeiter der
Abteilung Werkzeugmaschinen am
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen
und Umformtechnik IWU in Chemnitz
AUFBAU DER SEGMENTIERTEN ROTORWELLE
Die aktuell entwickelte
Wellengeometrie
besteht
aus zwei oder
mehr Segmenten.
Hierbei
wird zwischen den längeren
Mittelwellen
(Bild 1 – M1 bis M3), welche im Bereich
des Blechpakets
des Motors liegen, und den kürzeren Endstücken
(Bild 1 – E1 bis
E3), welche als Schnittstelle
zu den Verbrauchern
fungieren,
unterschieden
2. Der Ansatz kann ebenfalls
auf dreiteilige
Wellen
übertragen
werden.
Bei identisch
gestalteter
Fügegeometrie
ist durch die Segmentierung
der Welle eine Kombination
unterschiedlich
ausgeführter
Mittelwellen
mit geometrisch
variierten
Endstücken
möglich.
Somit
wird beispielsweise
die Anschlussfähigkeit
leistungsskalierter
Elektromotoren
an unterschiedliche
Abtriebsbaugruppen
ermöglicht,
wobei
gleichzeitig
eine
Reduktion
der Anzahl
notwendiger
Komponentenvarianten
erreicht
wird. Die Segmente
werden dabei mit einer modifizierten
Kerbverzahnung
als Welle-Nabe-Verbindung
gefügt.
Durch das Einbringen
eines Schrägungswinkels
in die Außenverzahnung
des Wellenteils
(Endstück)
sind die Wellensegmente
nach
dem Fügeprozess
mechanisch
vorgespannt,
woraus eine hohe
Flächenpressung
an den Zahnflanken
und ein Reibschluss
resultiert.
Anders als herkömmliche
Fügeverbindungen,
die
aufgrund
der notwendigen
engen Toleranzen
spanend
gefertigt
werden, ermöglicht
diese spezielle Fügegeometrie
eine fast
komplette
umformtechnische
Herstellung
der Segmente.
Dies
massivUMFORMUNG | MÄRZ 2019 59