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Additive Fertigung 3D-gedruckte Kupferspule beschleunigt Entwicklung von Elektromotoren

Redakteur: Juliana Pfeiffer

Die Leistung und den Wirkungsgrad von Elektromotoren steigern – das ist das Ziel eines Forschungstransfers der TU Bergakademie Freiberg. Ein neuartiges 3D-Druckverfahren soll dabei die Entwicklungs- und Testzyklen deutlich verkürzen.

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TU Bergakademie Freiberg
Die Technologie: additiv gefertigter Hairpin-Traktionsmotor.
Die Technologie: additiv gefertigter Hairpin-Traktionsmotor.
(Bild: Additive Drives)

Die traditionelle Fertigung von Prototypen für Elektromotoren dauert bis zu sieben Monate. Dabei müssen komplexe Wickelwerkzeuge gefertigt und eingerichtet werden. Diesen Entwicklungszyklus wollen nun vier Ausgründer des neu gestarteten EXIST-Forschungstransfers „Additive Drives“ an der TU Bergakademie Freiberg deutlich verkürzen. Ein neuartiges 3D-Druckverfahren ist dabei behilflich.

„Wir denken den Elektromotor neu“, erklärt Philipp Arnold. So stellen die Antriebsaufgaben der Zukunft – ob in Industrie oder Verkehr – hohe Anforderungen an die einzelnen Komponenten. Klassische Herstellverfahren für Elektromotoren stoßen hier schnell an ihre Grenzen. „Das Herstellen der Kupferspulen mittels 3D-Druck löst dieses Problem. Die betriebsoptimale Geometrie der additiven Bauteile ermöglicht eine Leistungssteigerung um bis zu 45 Prozent“, so Arnold. Deutlich kürzere Entwicklungs- und Testzyklen sind damit möglich.

Das Gründerteam Philipp Arnold, Lasse Berling, Dr. Jakob Jung, Axel Helm mit dem wissenschaftlichen Mentor Prof. Dr. Henning Zeidler (links) und Andre Uhlmann vom Gründernetzwerk SAXEED (rechts).
Das Gründerteam Philipp Arnold, Lasse Berling, Dr. Jakob Jung, Axel Helm mit dem wissenschaftlichen Mentor Prof. Dr. Henning Zeidler (links) und Andre Uhlmann vom Gründernetzwerk SAXEED (rechts).
(Bild: Additive Drives)

Gemeinsam mit Axel Helm, Dr. Jakob Jung und Lasse Berling (Alumnus der TU Freiberg) will der studierte Wirtschaftsingenieur innerhalb des nächsten Jahres die additive Fertigung von Kupferspulen, Hauptbestandteil eines jeden Elektromotors, am Markt etablieren und die Technologie weiterentwickeln.

Die Vorteile des Kupfer 3D-Druckverfahrens gegenüber der traditionellen Fertigung von Prototypen für Elektromotoren:

  • es sind keine zusätzlichen Werkzeuge nötig
  • die Fertigungszeit wird auf wenige Tage verkürzt
  • deutlich schnellere Testzyklen und Marktreifeprozesse werden möglich
  • vollständige Elektromotoren entstehen in kurzer Zeit

Anwendertreff mechatronische Antriebstechnik

Im Fokus des Anwendertreffs mechatronische Antriebstechnik stehen die mechanischen Komponenten Getriebe, Kupplungen und Bremsen sowie deren Auslegung, Dimensionierung und Zusammenspiel im mechatronischen Gesamtsystem.

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Selektives Laserschmelzen auf Anwendung optimiert

Das dafür verwendete Fertigungsverfahren des selektiven Laserschmelzens ist dabei ebenso wie das Kupfer-Rohmaterial auf die Anwendung optimiert. „Wir erreichen eine elektrische Leitfähigkeit von 100% nach dem International Annealed Copper Standard (IACS)“, erklärt Mitgründer Axel Helm. Als Spezialist für die additive Fertigung hat er den 3D-Druckprozess im Rahmen jahrelanger Forschungsarbeit zur Reife gebracht. Das Laserschmelzen garantiert zudem einen extrem festen Zusammenhalt der Komponenten.

Sämtliche Materialeigenschaften, von der thermischen Leitfähigkeit bis zur Spannkraft, stehen klassischen Metallbauteilen aus gegossenem Stahl, Aluminium oder Kupfer daher in nichts nach.

Gefördert wird die Ausgründung mit einem EXIST Forschungstransfer an der Professur für Additive Fertigung von Prof. Dr. Henning Zeidler an der TU Bergakademie Freiberg.

Mehr zum Thema additive Fertigung mit Metall finden Sie au unserer Partnerplattform Mission Additive.

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