Die schnell fortschreitende Elektrifizierung der Individualmobilität führt zu stetig steigenden Anforderungen an elektrische Traktionsmaschinen hinsichtlich ihrer Leistungsdichte und Effizienz. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf dem Kühlsystem, das maßgeblich die Volllastfähigkeit, Lebensdauer und Betriebssicherheit der E-Maschine sowie den Wirkungsgrad des gesamten Fahrzeugantriebs beeinflusst. Gewöhnliche Wassermantelkühlungen führen jedoch prinzipbedingt zu starken Temperaturinhomogenitäten innerhalb des E-Maschinenstators, die durch den Einsatz von Heatpipes reduziert werden können. Heatpipes sind passive Wärmeübertrager und zeichnen sich durch nennenswert hohe Wärmeleitleitfähigkeiten aus. Aufgrund ihres vergleichsweise kostengünstigen und einfachen Aufbaus werden sie bereits heute in zahlreichen Anwendungsgebieten wie zum Beispiel im Wärmemanagement von Unterhaltungselektronik eingesetzt. Die vorliegende Arbeit untersucht daher das Potenzial einer heatpipebasierten Statornutkühlung innerhalb elektrischer Traktionsmaschinen. Dazu werden zunächst unterschiedliche Simulationsmethodiken entwickelt, um die thermodynamischen und strömungsmechanischen Prozesse innerhalb einer Heatpipe detailliert abzubilden und eine Berücksichtigung in Gesamtsystemsimulationen zu ermöglichen. Zur korrekten Abbildung der heatpipeinternen Verdampfungs- und Kondensationsprozesse wird zunächst der thermische Widerstand beim Phasenwechsel an mikroskopisch gekrümmten Flüssigkeitsoberflächen abhängig von Einflussparametern wie Temperatur, Kontaktwinkel und der kapillaren Mikrostruktur quantifiziert. Ein daraus aggregierter Datensatz wird schließlich in der Entwicklung eines hochaufgelösten Heatpipemodells verwendet, das mithilfe der Volume-of-Fluid-Methode sowohl die Kapillar- als auch die Dampfströmung auflöst und tiefe Einblicke in die heatpipeinternen Strömungsprozesse ermöglicht. Darüber hinaus wird ein wärmeleitungsbasiertes Heatpipemodell entwickelt, das den Einfluss des Druckverlusts innerhalb der Dampfströmung auf die effektive Wärmeleitfähigkeit der gesamten Heatpipe berücksichtigt. Dieser Simulationsansatz wird schließlich in ein Gesamt-Statormodell integriert, um eine heatpipegekühlte Traktionsmaschine hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit gegenüber einer Referenzmaschine mit konventioneller Wassermantelkühlung abzugrenzen. Verglichen mit dem Referenzsystem konnte unter Nutzung der heatpipebasierten Nutkühlung eine Steigerung des möglichen Dauermoments um bis zu 30 % sowie eine deutlich gesteigerte Temperaturhomogenität nachgewiesen werden. Die vorliegende Arbeit liefert damit einen Beitrag zur Erweiterung und Verbesserung bestehender Methoden zur Heatpipe-Simulation sowie eine detaillierte Bewertung des thermischen Potenzials heatpipegekühlter E-Maschinen.     «

Die schnell fortschreitende Elektrifizierung der Individualmobilität führt zu stetig steigenden Anforderungen an elektrische Traktionsmaschinen hinsichtlich ihrer Leistungsdichte und Effizienz. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf dem Kühlsystem, das maßgeblich die Volllastfähigkeit, Lebensdauer und Betriebssicherheit der E-Maschine sowie den Wirkungsgrad des gesamten Fahrzeugantriebs beeinflusst. Gewöhnliche Wassermantelkühlungen führen jedoch prinzipbedingt zu starken Temperaturinhomogenitäten...     »