Optimierte Auslegung

Demonstrator I und II

© Fraunhofer LBF

Im Rahmen des Projektes wurden elektrische Kleinantriebe sowie Traktionsmaschinen betrachtet. Demonstrator I war ein 600 W Ölpumpenmotor vom Modell VW-DSG DQ400. Hier konnte teilweise eine Ersparnis von 43 % weniger Dysprosium in den innerhalb der FhG hergestellten Magnete erreicht werden. Am Demonstrator II (Modell WITTENSTEIN MRSR 150-065L) konnte die Kühlermedienführung optimiert und eine Reduktion des Dysprosium von mindestens 28 % realisiert werden. Insgesamt gelang den Forschenden eine effizientere Kühlung und eine verbesserte Auslegung der von permanent-erregten Synchronmaschinen (PSM) hinsichtlich Re-Use und Recycling sowie einer verringerten Temperaturbelastung der dort eingesetzten Permanentmagnete.

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Elektrische Kleinantriebe sowie Traktionsmotoren werden derzeit aufgrund des hohen Wirkungsgrads und der großen Drehmoment- und Leistungsdichte oftmals als permanentmagneterregte Synchronmaschinen (PMSM) ausgeführt. Abhängig von Leistung und Drehmoment dieser Antriebe werden dabei Magnetgewichte zwischen einigen zehn Gramm und deutlich mehr als ein Kilogramm verbaut. Bei einem Motor mit 2 kg Magneteinsatz liegen die Kosten für Nd-Fe-B-Magnete dann in einem Bereich von bis zu 300 EUR. Speziell bei thermisch höher belasteten elektrischen Antrieben ist eine Dotierung mit dem Schweren Seltenerdmetall Dysprosium von bis zu 9% notwendig, um die Magnetfeldstärke auch bei Temperaturen jenseits von 80°C stabil zu halten.

Damit gewinnen Fragestellungen hinsichtlich einer optimierten Auslegung dieser elektrischen Antriebe eine besondere Relevanz: neben der stofflichen Rückgewinnung nach end-of-life des Antriebs durch eine vereinfachte Demontage der werthaltigen Bauteile und Werkstoffe war auch die Reduktion des im Betrieb wirksamen Temperaturniveaus durch eine verbesserte Kühlung oder geänderte Motorsteuerung eine Maßnahme, die in Zukunft eine Nutzung von Magneten mit verringertem Dy-Anteil ermöglichen wird.