Additive Fertigung im Elektromaschinenbau: Erforschung von Potentialen der additiven Fertigung in Rotoren permanentmagneterregter Synchronmaschinen

Die DFG-Projekte AddFeRo-PM (406108415) und AddFeRo-SR (465089065) untersuchten die Potenziale des LB-PBF/M-Verfahrens zur Herstellung von Rotoren für unterschiedliche elektrische Maschinen. Im interdisziplinären Ansatz wurden Materialentwicklung und mechanische sowie elektromagnetische Optimierung verbunden. Im Projekt „AddFeRo-PM“ wurde der Rotor einer permanentmagneterregten Synchron- maschine (PMSM) untersucht. FeSi erwies sich als geeignete Legierung, konnte aber wegen Spannungsrissen nur bis zu 3 % Siliziumanteil (kurz: FeSi3) verarbeitet werden. Mechanische und elektromagnetische Untersuchungen ermöglichten eine 3D-Optimierung der Rotorgeometrie und -struktur. Der Demonstrator wurde additiv gefertigt und zeigt Leicht-baupotenziale sowie reduzierte Drehmomentwelligkeit. Im Folgeprojekt „AddFeRo-SR“ kam eine Hochtemperatur-Bauraumheizung (HTBH) zum Einsatz, die FeSi mit 6,5 % Siliziumanteil verarbeitbar machte, welches bessere elektro- magnetische Eigenschaften bietet. Sie wurde bei einer Synchron-Reluktanzmaschine (SynRM) getestet. Eine hybride Rotorfertigung erwies sich jedoch aufgrund von HTBH-Einschränkungen als ungeeignet, weshalb eine einteilige Fertigung mit FeSi3 umgesetzt wurde. Experimente bestätigten vergleichbare Betriebsergebnisse zur konventionellen Fertigung bei reduzierter Rotormasse. Zusätzlich wurde eine Methodik entwickelt, um additive Verfahren als Ergänzung zur konventionellen Fertigung zu integrieren. Beide Projekte zeigen das Potenzial additiver Fertigung für Leichtbau und Wirkungsgradsteigerung im Elektromaschinenbau und bieten wertvolle Grundlagen für industrielle Anwendungen.