Forscher entwickeln großserientaugliches Herstellungsverfahren für elektrische Axialflussmotoren

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Die Professur Kunststoffe der Technischen Universität (TU) Chemnitz beteiligt sich an der Entwicklung eines Herstellungsverfahrens von elektrischen Axialflussmotoren für die Großserie. Ziel der Forschung ist eine Planung für die Fertigung von 50.000 Motoren im Jahr. Das Projekt GroAx (Großserientaugliches Herstellungsverfahren für neuartige elektrische Axialflussmotoren) wird im Rahmen des Förderkonzeptes "Serienflexible Technologien für elektrische Antriebe" für 2,5 Jahre vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit 2,3 Millionen Euro gefördert.

"Ein Kostentreiber bei den bisher angedachten Elektrofahrzeugen sind die Schutzmaßnahmen, die wegen der hohen Batteriespannungen, typischerweise zwischen 300 und 600 Volt, erforderlich sind", erklärt Professor Dr. Michael Gehde, Inhaber der Professur Kunststoffe an der TU Chemnitz, und ergänzt: "Ein sogenannter Axialflussmotor könnte allerdings durch seine Bauweise und seine hohe Effizienz mit unter 60 Volt betrieben werden, sodass diese Schutzmaßnahmen entfallen würden." Bei einem Axialflussmotor verläuft der magnetische Fluss parallel zur Drehachse, wodurch gleichzeitig ein einfacher Aufbau der Kupferwicklungen ermöglicht wird. "Die Komplexität und somit die Kosten bei Elektrofahrzeugen werden dadurch drastisch reduziert", erläutert der Professor. Prototypen des Axialflussmotors seien bislang erfolgreich in verschiedenen Elektrofahrzeugen getestet worden. Zurzeit würden diese Motoren allerdings in Kleinserien vorwiegend handgefertigt. Für größere Stückzahlen von mehr als 5000 im Jahr seien die Fertigungsverfahren nicht geeignet. An der Professur Kunststoffe sollen in dem Forschungsprojekt nun vorhandene Fertigungsschritte durch großseriengerechte Prozesse ersetzt werden. Verbunden sind damit auch neue Möglichkeiten zur Gestaltung von Baugruppen und Komponenten des Motors, deren Funktionsfähigkeit getestet wird, wie es aus Chemnitz heißt.

"Aufgrund unserer jahrelangen Erfahrung im Spritzguss duroplastischer Formmassen forschen wir insbesondere an der automatisierten Umspritzung des Stators mit integrierten Wicklungen, der Kühler und des Statorflanschs", erläutert Gehde. Duroplaste sind Kunststoffe, die verstärkt im Automobilbau eingesetzt werden, unter anderem weil sie hohe Temperaturen aushalten. Der Stator umfasst die unbeweglichen Teile des Motors. Durch dieses Spritzguss-Verfahren wollen die Wissenschaftler das derzeitig angewandte aufwändige Gießverfahren ersetzen, bei dem die vorgefertigten Bauteile manuell positioniert werden müssen. Durch das automatisierte und maschinelle Umspritzen der Bauteile werde ein schneller, kostengünstiger und reproduzierbarer Prozess ermöglicht: "Dieser verspricht zudem eine Verbesserung der technischen Eigenschaften, unter anderem eine verbesserte thermische Anbindung verlustbehafteter Bauteile und eine Schallentkopplung zwischen Stator und Befestigungsflansch", so Gehde. Die Arbeitsgruppe "Duroplaste" an seiner Professur forscht vor allem an einem geeigneten duroplastischen Material für den Spritzgussprozess. Dieses muss einerseits hohen thermischen und mechanischen Belastungen standhalten, und sich andererseits schonend und bei niedrigen Temperaturen verarbeiten lassen, um so schon bei der Produktion Energie zu sparen.

Ziel der Forschung ist eine Planung für die Fertigung von 50.000 Motoren im Jahr. "Die im Projekt GroAx entwickelten Verfahren werden eine Großserienfertigung des Axialflussmotors ermöglichen. Gleichzeitig reduzieren sie die Herstellkosten um mehr als 60 Prozent", stellt Gehde in Aussicht. Dadurch werde der angestrebte Einsatz der Axialflussmotoren in großen Stückzahlen in Elektrofahrzeugen und anderen Anwendungen, wie der Luftfahrt, realistisch.