Optimierte Fertigungstechnologien für Rotoren getriebeintegrierter PM-Synchronmotoren von Hybridfahrzeugen: Bericht aus dem Lehrstuhl für Fertigungsaustomatisierung und Produktionssystematik
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INHALTSVERZEICHNIS
OPTIMIERTE FERTIGUNGSTECHNOLOGIEN FUER ROTOREN GETRIEBEINTEGRIERTER PM-
SYNCHRONMOTOREN VON HYBRIDFAHRZEUGEN
ABKUERZUNGSVERZEICHNIS V
1 EINLEITUNG 1
2 GRUNDLAGEN PERMANENTERREGTER SYNCHRONMOTOREN FUER
HYBRIDANWENDUNGEN 4
2.1 DER HYBRIDANTRIEB IM AUTOMOBILEN EINSATZFELD 4
2.1.1 KLASSIFIKATION DER HYBRIDKONZEPTE 6
2.1.2 KOMPONENTEN DES HYBRIDANTRIEBES 9
2.2 ENTWICKLUNGSTRENDS PERMANENTERREGTER SYNCHRONMASCHINEN 10
2.2.1 AUFBAU UND FUNKTION VON PM-SYNCHRONMASCHINEN 10
2.2.2 DER REFERENZROTOR ALS TYPISCHES BEISPIEL FUER DEN AUFBAU VON
ROTOREN GETRIEBEINTEGRIERTER PM-SYNCHRONMOTOREN 12
2.3 FUNKTIONSRELEVANTE WERKSTOFFE - ELEKTROBLECH 13
2.3.1 KLASSIFIZIERUNG UND EIGENSCHAFTEN 14
2.3.2 BESCHICHTUNG ALS ISOLATIONS-
UND VERBINDUNGSMATERIAL 17
2.4 FUNKTIONSRELEVANTE WERKSTOFFE - MAGNETE AUS SELTENEN ERDEN 19
3 DESIGNRELEVANTE OPTIMIERUNGSPOTENTIALE IN DER ROTORPRODUKTION 21
3.1 PROZESSKETTE DER KONVENTIONELLEN FERTIGUNG VON PM-ROTOREN 21
3.1.1 HERSTELLUNG DER BLECHPAKETE 22
3.1.2 MAGNETMONTAGE 24
3.1.3 AUFBAU UND FERTIGUNG DES ROTORTRAEGERSYSTEMS 25
3.1.4 MONTAGE DER BESTUECKTEN BLECHPAKETE AUF DEM ROTORTRAEGER 26
3.1.5 ABSCHLIESSENDE PROZESSSCHRITTE 27
3.2 BEWERTUNG DER EINZELPROZESSE IN DER PRODUKTION DES
REFERENZROTORS HINSICHTLICH IHRER OPTIMIERUNGSPOTENTIALE 28
3.2.1 FERTIGUNGSSCHRITTE IN DER PRODUKTION DES REFERENZROTORS 28
3.2.2 BEWERTUNG DER FERTIGUNGSSCHRITTE HINSICHTLICH MOEGLICHER
OPTIMIERUNGSPOTENTIALE 31
I
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INHALTSVERZEICHNIS
3.3 BISHERIGE ANSAETZE ZUR KOSTENOPTIMIERTEN FERTIGUNG 32
3.3.1 FERTIGUNGS- UND PAKETIERUNGSVERFAHREN ZUR STEIGERUNG DES
BLECHAUSNUTZUNGSGRADES 33
3.3.2 TECHNOLOGIEN ZUR KOSTENOPTIMIERTEN FIXIERUNG DER
PERMANENTMAGNETE 36
3.3.3 ALTERNATIVE ROTORTRAEGERSYSTEME 38
3.4 FORSCHUNGSBEDARF ZUR OPTIMIERUNG DER FERTIGUNG VON PM-ROTOREN 39
4 ENTWICKLUNG VON VERBINDUNGSTECHNOLOGIEN DER ROTORSEGMENTIERUNG 40
4.1 ANALYSE DER AUF DIE VERBINDUNGSTECHNIKEN WIRKENDEN KRAEFTE 42
4.1.1 BERECHNUNG DER UMFANGSKRAEFTE NACH D ALEMBERT 43
4.1.2 VERIFIZIERUNG DURCH DAS FEDER- UND KESSELMODELL 44
4.2 FUEGEGEOMETRIE ALS VERBINDUNGSTECHNIK DER ROTORSEGMENTIERUNG 47
4.2.1 ENTWICKLUNG EINER SPANNUNGS-HOMOGENEN GEOMETRIEFORM 49
4.2.2 OPTIMIERUNG DER ENTWICKELTEN GEOMETRIE 52
4.2.3 VERIFIKATION DER ENTWICKLUNG MITTELS SCHLEUDERVERSUCHEN 54
4.3 MAGNET ALS FUEGEELEMENT DER ROTORSEGMENTIERUNG 59
4.3.1 ANALYTISCHE BESTIMMUNG DER UEBERTRAGBAREN UMFANGSKRAEFTE....60
4.3.2 ANALYSE DER RELEVANTEN EINFLUSSPARAMETER DURCH LINEARE
SIMULATION 61
4.3.3 EXPERIMENTELLE VERIFIKATION DER SIMULIERTEN PARAMETER 63
4.4 FUEGEELEMENT ALS VERBINDUNGSTECHNIK DER ROTORSEGMENTIERUNG 66
4.4.1 ENTWICKLUNG UND OPTIMIERUNG DER GRUNDGEOMETRIE MITTELS
LINEARER SIMULATION 68
4.4.2 EMPIRISCHE UNTERSUCHUNGEN AN DER OPTIMIERTEN
GRUNDGEOMETRIE DURCH ZUGVERSUCHE 72
4.4.3 VERIFIZIERUNG DES OPTIMIERTEN FUEGEELEMENTES AN DER
REFERENZROTOR-GEOMETRIE MITTELS ZUGVERSUCHEN 74
4.5 ADHAESIVE VERBINDUNGSTECHNIKEN DER ROTORSEGMENTIERUNG 75
4.5.1 VERFAHRENSTECHNISCHE GRUNDLAGEN DER ADHAESION 76
4.5.2 ANALYTISCHE BESTIMMUNG DER TRAGFAEHIGKEIT 77
4.5.3 EMPIRISCHE GRUNDLAGENUNTERSUCHUNGEN ZUR TRAGFAEHIGKEIT
ADHAESIVER VERBINDUNGSTECHNIKEN 80
4.5.4 VERIFIZIERUNG DER ERKENNTNISSE DURCH ZUG- UND
SCHLEUDERVERSUCHE AN DER REFERENZROTORGEOMETRIE 83
II
INHALTSVERZEICHNIS
4.6 SCHWEISSEN ALS VERBINDUNGSTECHNIK DER ROTORSEGMENTIERUNG 86
4.6.1 VERFAHRENSTECHNISCHE GRUNDLAGEN UND EINFLUSSFAKTOREN
BEIM LASERSCHWEISSEN VON ELEKTROBLECH 87
4.6.2 UNTERSUCHUNG DER GEOMETRISCHEN UND LOKALEN
RANDBEDINGUNGEN DER SCHWEISSNAHT MITTELS LINEARER
SIMULATION 88
4.6.3 EXPERIMENTELLE VORVERSUCHE ZUR ERMITTLUNG DER
SCHWEISSPARAMETER 93
4.6.4 OPTIMIERUNG DER SCHWEISSPARAMETER 96
4.6.5 VALIDIERUNG DER ENTWICKLUNG MITTELS ZUG- UND
SCHLEUDERVERSUCHEN 101
4.7 EINFLUSS DER ENTWICKELTEN VERBINDUNGSTECHNIKEN AUF DIE
EISEN
VERLUSTE
106
4.8 KOMBINATIONEN DIVERSER VERBINDUNGSTECHNIKEN IM BRICK-WALL-
DESIGN 108
4.9 WIRTSCHAFTLICHES POTENTIAL DER ENTWICKELTEN VERBINDUNGSTECHNIKEN....
112
5 ENTWICKLUNG ALTERNATIVER MAGNETFIXIERUNGSTECHNOLOGIEN 118
5.1 ANALYSE DER AUF DIE INNENLIEGENDEN MAGNETE WIRKENDEN KRAEFTE 119
5.1.1 BELASTUNGEN AUS AXIALKRAEFTEN 119
5.1.2 BELASTUNGEN AUS ZENTRIFUGALKRAEFTEN UND EINFLUSS DER
FIXIERUNGSTECHNOLOGIE AUF DIE RESULTIERENDEN HALTEKRAEFTE 120
5.2 VERSTEMMEN ALS MAGNETFIXIERUNGSTECHNOLOGIE 121
5.2.1 EXPERIMENTELLE VORUNTERSUCHUNGEN ZUR IDENTIFIKATION
PROZESSRELEVANTER PARAMETER 122
5.2.2 GENERIERUNG OPTIMALER VERSTEMMWERKZEUGE MITTELS
UMFORMSIMULATIONEN 124
5.2.3 VERFAHRENSENTWICKLUNG DER VERSTEMMPARAMETER 126
5.2.4 TOLERANZBETRACHTUNG 131
5.3 KLEMMEN ALS MAGNETFIXIERUNGSTECHNOLOGIE 132
5.3.1 ANALYTISCHE BERECHNUNG DES PRESSVERBANDES 133
5.3.2 EXPERIMENTELLE VORUNTERSUCHUNGEN 138
5.3.3 ENTWICKLUNG DER TECHNOLOGIE 138
5.3.4 ALTERNATIVE PROZESSVARIANTEN ZUM KLEMMEN VON
BESCHICHTETEN MAGNETEN 140
5.4 KLEBEN ALS MAGNETFIXIERUNGSTECHNOLOGIE 142
III
INHALTSVERZEICHNIS
5.4.1 KONSTRUKTION EINER KLEBEVORRICHTUNG UND AUSWAHL DER
KLEBSTOFFE 143
5.4.2 EXPERIMENTELLE UNTERSUCHUNGEN DER HALTEKRAEFTE 144
5.5 WIRTSCHAFTLICHES POTENTIAL DER UNTERSUCHTEN FIXIERUNGSTECHNOLOGIEN..
146
6 ENTWICKLUNG ALTERNATIVER ROTORTRAEGERSYSTEME 150
6.1 ROTORSCHEIBEN MIT SCHAFTSCHRAUBEN ALS ROTORTRAEGERSYSTEM 151
6.1.1 ANALYTISCHE BERECHNUNG DER DREHMOMENTUEBERTRAGUNG 152
6.1.2 AUFBAU UND BEWERTUNG VERSCHIEDENER DEMONSTRATORROTOREN.
153
6.2 ROTORSCHEIBEN MIT EINLAGEN ALS ROTORTRAEGERSYSTEM 155
6.2.1 ANALYSE UND AUSLEGUNG DER EINLAGEN 157
6.2.2 BEWERTUNG DER KONZEPTTAUGLICHKEIT VERSCHIEDENER
AUFBAUVARIANTEN 159
6.3 WIRTSCHAFTLICHES POTENTIAL DER ENTWICKELTEN ROTORTRAEGERSYSTEME 161
7 AUFBAU UND BEURTEILUNG DES TECHNOLOGIETRAEGERROTORS 164
7.1 AUSWAHL VORTEILHAFTER TECHNOLOGIEN HINSICHTLICH IHRER TECHNISCHEN
UND WIRTSCHAFTLICHEN ASPEKTE 164
7.2 QUALIFIZIERUNG DER AUSGEWAEHLTEN TECHNOLOGIEN 168
7.2.1 QUALIFIZIERUNG DER VERBINDUNGSTECHNIK FUEGEGEOMETRIE 168
7.2.2 QUALIFIZIERUNG DER MAGNETFIXIERUNG VERSTEMMEN 171
7.3 KONZEPTION EINER TEILAUTOMATISIERTEN MONTAGELINIE 174
7.4 AUFBAU DES TECHNOLOGIETRAEGERROTORS 179
8 ZUSAMMENFASSUNG 181
9 SUMMARY 185
LITERATURVERZEICHNIS 189
LEBENSLAUF 198
IV
|
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