„Optimierter Rotor“ von Rennschmiede Pforzheim e. V. unter CC-BY-SA 4.0 DEED. Und auch für diesen Rotor gilt: Am Produktlebensende können die Permanentmagnete wiederverwendet werden - ohne diese auf der Materialebene recyceln zu müssen.

Die Rennschmiede Pforzheim e. V. ist ein von Studentinnen und Studenten der Hochschule Pforzheim getragener Verein. Ziel des Vereins ist, Rennfahrzeuge im Formula Student (FS) Wettbewerb zu entwickeln. In enger Kooperation mit zwei Pforzheimer Unternehmen haben mehrere Generationen von Studentinnen und Studenten der Rennschmiede eine eigene E-Traktionsmaschine entwickelt, die sich vor allem durch eine innovative Leichtbau-Wassermantel-Kühlung und einem gegenüber Serienmaschinen veränderten elektro-magneto-mechanischen Design auszeichnen.  Die bereits bei den ursprünglichen Serienmaschinen vorhandene Möglichkeit, Permanentmagnete am Produktlebensende relativ einfach wiederverwenden zu können  - also ohne jegliches Recycling, gibt es auch bei den E-Traktionsmaschinen der Rennschmiede.  Dass der Re-Use-Ansatz für Permanentmagnete auch noch weitere Vorteile hat, wird in diesem Beitrag beschrieben.

Während der Vorbereitungen auf die Rennsaison 2023 kam es beim Aus- und Wiedereinbau der Rotoren zu Problemen. Vermutlich schlug ein Rotor mechanisch am oder im Stator an, allerdings nur so, dass es keine optisch erkennbaren Beschädigungen am Rotor gab. Bei einer später durchgeführten Prüfung einer der E-Traktionsmaschinen auf einem von der Rennschmiede entwickelten Prüfstand kam es nach 10 Minuten der leerlaufenden, somit unbelasteten Maschine bei einer Drehzahl von n = 5000 min⁻¹ zu einem erheblichen Schaden. Das Schadensbild: Von den auf der Rotoroberfläche verbauten Permanentmagneten wurden ca. 1/3 »pulverisiert«, es waren nur noch ca. 2/3 der Permanentmagnet intakt.

Reallaborversuch 1: Partielle Reparatur durch Erneuerung der Permanentmagnete

Der klassische Reparaturansatz wäre, den Rotor komplett zu tauschen. Was aber bei den Rotoren der E-Maschine der Rennschmiede Pforzheim e. V. nicht notwendig gewesen wäre. Denn wegen des „Design to Re-Use the Permanent Magnets“ hätte der Rotor recht einfach repariert werden können. Es hätte nur die noch partiell vorhandene Glasfaser-Bandagierung entfernt werden müssen.  Anschließend wäre der Rotor in einen Ofen zu legen gewesen, sodass die restlichen Permanentmagnete entmagnetisiert und der Kleber zwischen den Rest-Permanentmagneten und dem Rotoreisen aufgelöst würden. Die entmagnetisierten und nicht mehr verklebten Rest-Permanentmagnete hätten dann entfernt werden können, ebenso wie das Pulver der zerstörten, pulverisierten Permanentmagnete. Und da das Rotoreisen nicht beschädigt war, hätte der Rotor ohne weitere Überarbeitungen wiederverwendet werden können.

Reallaborversuch 2: Entwicklung eines neuen, leichteren Rotors

Für die Beschreibung des Reallaborversuchs 1 wird der Konjunktiv durchgängig verwendet. Denn die Studentinnen und Studenten der Rennschmiede »nutzen« den Schaden, um eine bereits geplante Änderung des Rotors vorzunehmen. Bereits vor dem Schaden war geplant, den Rotor aus dem Rennjahr 2022 durch einen neuen zu ersetzen. Die wichtigsten Kennzeichen dieses neuen Rotors sind: (a) Das Rotorblechpaket ist nicht mehr ein Vollpaket, sondern ein Hohlpaket, das dadurch deutlich leichter ist.  (b) Die Rotorwelle wurde gekürzt, sodass auch die Welle leichter wird und zudem dazu führt, dass die axiale Länge zwischen Getriebe und Rotor kürzer und der Antrieb kompakter wird.

Dieser neu entworfene Rotor wurde gefertigt. Wegen des unveränderten Prinzips des „Design to Re-Use the Permanent Magnets“ und der vom Pforzheimer Unternehmen handwerklich sehr guten Vorbereitungen konnten die Permanentmagnete von Studentinnen und Studenten der Rennschmiede selbst aufgeklebt werden. Auch die Bandagierung der Permanentmagnete war kein Problem.  Letztendlich hat die Rennschmiede somit einen optimierten, da kürzeren und leichteren Rotor in den E-Traktionsmaschinen des Rennjahrs 2023 verwenden können.