Thermische Ausnutzung von elektrischen Maschinen unter Berücksichtigung der Lebensdauer am Beispiel eines Traktionsantriebs

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Andreas Ruf

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Der quantitative Zusammenhang zwischen der chemischen Reaktionsgeschwindigkeit und der Temperatur ist bereits seit den Arbeiten von Arrhenius aus dem 19. Jahrhundert beschrieben. Montsinger, Büssing und Dakin haben diesen Zusammenhang auf die thermische Alterung von elektrischen Betriebsmitteln übertragen und Mitte des 20. Jahrhundert erforscht. Bis heute stellen ihre wissenschaftlichen Ergebnisse die Grundlage vielzähliger Publikationen und internationaler Normen dar. Diese besagen, dass eine Erhöhung der Temperatur zu einer exponentiellen Verringerung der Betriebslebensdauer führt. So kann für eine gegebene E-Maschine die Belastung erhöht werden, wenn eine geringere Lebensdauer gefordert wird. Andersherum kann für eine gegebene Belastung die E-Maschine so dimensioniert werden, dass bei geforderter Last eine minimale Ziellebensdauer erreicht wird. Dies bietet das Potential von erheblichen Einsparungen hinsichtlich der eingesetzten Ressourcen, des notwendigen Volumens und letztendlich der Kosten. Im besonderen Gegensatz hierzu steht die Zuverlässigkeit und Lebensdauer, die als zentrale Designparameter bei dem Entwurf der E-Maschine berücksichtigt werden müssen. Für E-Maschinen in Traktionsanwendungen, Werkzeugmaschinen oder Robotern mit stark variablen und nichtzyklischen Lastkollektiven, ist dieser Zusammenhang wissenschaftlich nicht vollständig durchdrungen. Die vorliegende Arbeit widmet sich am Beispiel eines elektrischen Traktionsantriebs dieser Fragestellung, um Potentiale hinsichtlich Bauraum und Ressourcen der Lebensdauer gegenüber zu stellen, ohne Designparameter wie die Reichweite oder die Fahrdynamik zu vernachlässigen.