Reibleistungsverluste in schnelldrehenden Elektromotoren

CO2 gewinnt als Arbeitsmittel in Wärmepumpen zunehmend an Bedeutung. Bisher auf dem Markt verfügbare Kompressoren für  mit CO2-betriebene Wärmepumpen sind entweder Kolben- oder Schraubenverdichter. Beide Technologien haben den inhärenten Nachteil des Eintrages von Öl in das Arbeitsmittel. Dieses Öl mindert den Wärmeübergang im Kondensator und Verdampfer und verschlechtert damit die Leistungsziffer. Eine denkbare Alternative stellt ein CO2-gasgelagerter mehrstufiger Radialverdichter dar. Die für gängige Wärmepumpenbaugrößen erforderlichen Leistungen und Wirkungsgrade führen zu Hochdrehzahl-Konzepten mit CO2-gekühltem elektrischem Antrieb. 

Von wesentlicher Bedeutung für die Auslegung derartiger elektrischer Antriebe ist die Bestimmung der Reibleistungsverluste zwischen Rotor und Stator des Elektromotors. In der frei verfügbaren Literatur existieren hierzu bisher keine Daten mit CO2 als Arbeitsmedium und gleichzeitig hohen Spalt-Reynolds-Zahlen, wie sie aus den hohen Drehzahlen des Radialverdichters resultieren. Im Rahmen eines vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Verbundforschungsvorhabens wird hierzu am Institut für Angewandte Thermo- und Fluidmechanik ein Prüfstand entwickelt, der die experimentelle Erfassung der Reibleistungsverluste zwischen Rotor und Stator sowie der Druckverluste der CO2-Durchströmung erlaubt. Die Messdaten werden zur Erstellung von Korrelationen genutzt, die ihrerseits in die Auslegung des Elektroantriebes einfließen.

Das Projekt wurde in Zusammenarbeit mit der KSB GmbH aus Frankenthal bearbeitet und durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.