Entwicklung und additive Herstellung einer Leichtbau-Rotorwelle für eine permanentmagneterregte Synchronmaschine

Additive Fertigungsverfahren (engl.: Additive Manufacturing, kurz: AM) ermöglichen die werkzeuglose Herstellung von Komponenten und kompletten Baugruppen direkt aus dem 3D-CAD-Modell. Insbesondere additiv hergestellte Leichtbaukonstruktionen weisen ein hohes Potential für den Elektromaschinenbau auf. In diesem Paper werden erste Ansätze zur additiven Fertigung einer Rotorwelle für eine permanentmagneterregte Synchronmaschine (PMSM) aufgezeigt. Die Verbesserung einer ausgeprägten Leichtbaukonstruktion der Rotorwelle sowie die Charakterisierung des additiv verarbeiteten Werkstoffs werden aufgeführt. Hierzu wurden Prüfkörper aus dem Werkstoffs H13 (1.2344) hergestellt. Des Weiteren wurden Prüfkörper additiv gefertigter Gitterstrukturen entwickelt und untersucht. Zur Werkstoffcharakterisierung wurden sowohl mechanische Eigenschaften ermittelt, wie die Streckgrenze, die Zugfestigkeit und die Härte als auch elektromagnetische Eigenschaften, wie die Koerzitivfeldstärke, die elektrische Leitfähigkeit und die Permeabilität. Die Ergebnisse zeigen, dass die magnetischen Eigenschaften von H13 durch eine angeschlossene Wärmebehandlung deutlich verbessert werden konnten. Im Anschluss an die Werkstoffcharakterisierung wurde ein innovatives Leichtbau-Rotorwellenkonzept mit internen Gitterstrukturen entwickelt. Verglichen mit einem konventionell gefertigten Rotor konnte die Rotormasse um 25% reduziert werden sowie das Massenträgheitsmoment um 23% reduziert werden bei einer Testdrehzahl von 3000 U/min und einem Drehmoment von 71,98 Nm.