Additive Fertigung E-Motoren aus dem 3D-Drucker

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OSWALD Elektromotoren GmbH

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Heraeus AMLOY Technologies GmbH

In einem großangelegten Projekt haben Forscher unter Leitung der Universität Paderborn E-Motoren auf Basis additiver Fertigungsverfahren entwickelt. Die Verfahren reduzieren nicht nur das Gewicht, sondern verbessern auch die Kühlung, um die Leistungsdichte der E-Motoren zu erhöhen.

Trotz des von der Europäischen Union gerade erst aufgeweichten Verbrennerverbots bleibt E-Mobilität in der Breite unverzichtbar. In dem großangelegten Forschungsprojekt AddReMo [1] arbeitet die Universität Paderborn gemeinsam mit Industriepartner wie die Mercedes-Benz AG und die Siemens AG jetzt an der Entwicklung von E-Motoren auf Basis additiver Fertigungsverfahren. 

Der Schwerpunkt liegt auf der Weiterentwicklung hinsichtlich Prozessstabilität, Verarbeitung neuartiger Hochleistungswerkstoffe im Mono- und Multimaterialbereich, simulationsgestützter Konstruktion und KI-basierter Qualitätssicherung.

„Unser Ziel ist es, innovative Technologien zur Produktion von elektrischen Antriebssystemen zu entwickeln, die zur nachhaltigen Mobilität und signifikanten Reduktion der CO2-Emissionen beitragen“, sagt Prof. Dr.-Ing. Balázs Magyar, Leiter der „Konstruktions- und Antriebstechnik“ an der Universität Paderborn. Der Lehrstuhl bildet zusammen mit der Siemens AG die Konsortialleitung des Forschungsprojekts. Im Fokus stehen die Erforschung und Anwendung additiver Fertigungsverfahren zur Herstellung von E-Motoren. „Wir setzen drei verschiedene Verfahren [2] ein, um Gestaltungsfreiheiten zu nutzen und den Materialeinsatz zu optimieren. Der Schwerpunkt liegt auf der Weiterentwicklung hinsichtlich Prozessstabilität, Verarbeitung neuartiger Hochleistungswerkstoffe im Mono- und Multimaterialbereich, simulationsgestützter Konstruktion und KI-basierter Qualitätssicherung“, so Prof. Magyar weiter.

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Vergleich der Fertigungsverfahren schafft Grundlage für serienreife Produktion

Die Verfahren reduzieren das Gewicht des sogenannten Massenträgheitsmoments und verbessern die Kühlung, um die Leistungsdichte der E-Motoren zu erhöhen. Für den industriellen Einsatz werden E-Motordemonstratoren von der Mercedes-Benz AG und der Siemens AG weiterentwickelt, technisch-wirtschaftlich bewertet und in bestehende Gesamtsysteme integriert. Neben den optimierten E-Motoren wird auch die Dezentralisierung der Produktion ermöglicht, was die Abhängigkeit von globalen Lieferketten reduziert und die industrielle Resilienz stärkt.
„Durch den Vergleich der Fertigungsverfahren werden die mechanischen, thermischen und magnetischen Eigenschaften der E-Motoren analysiert und unter realen Bedingungen simulativ und experimentell validiert. Ziel ist es, sowohl eine technische als auch ökonomisch-ökologische Bewertung der Verfahren sowie der E-Motoren durchzuführen, um eine serienreife Produktion zu schaffen“, erklärt Prof. Dr.-Ing. Mirko Schaper, Leiter des Lehrstuhls für Werkstoffkunde an der Universität Paderborn und Dekan der Fakultät für Maschinenbau.
Die Ergebnisse sollen dazu beitragen, ressourcenschonendere und leistungsfähigere Antriebssysteme für die zukünftige Mobilität zu realisieren und die industrielle Produktion nachhaltig zu verbessern. Das Transfer- und Skalierungspotenzial sichert eine branchenübergreifende Wirkung, nicht nur im Bereich der E-Mobilität, sondern auch hinsichtlich steigender Effizienzklassen für stationäre E-Motoren gemäß EU-Vorgaben.

[1] „Einsatz von Additiven Fertigungstechnologien zur Erreichung von ressourceneffizienten Prozessketten sowie Motorkomponenten im Bereich der E-Mobilität“ (AddReMo). Das Projekt ist an das Förderprogramm „DNS der zukunftsfähigen Mobilität“ des Bundesministeriums angegliedert.
[2] PBF-LB/M (Laser-Strahlschmelzen), AddCasting und BJT-MSt/C (Binder Jetting)