Elektroantrieb LEANTEC - Leichte Elektroantriebe neuester Technologiel

Redakteur: Karl-Ullrich Höltkemeier

Im Wachstumskern LEANTEC-Antrieb engagieren sich fünf Unternehmen und drei Forschungseinrichtungen aus Sachsen und Thüringen mit dem Ziel, einen völlig neuartigen Elektroantrieb auf den Markt zu bringen, der die technologische Lücke zwischen Direktantrieben und klassischen Motor-Getriebe-Kombinationen schließt.

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Noch wird der LEANTEC-Motor auf einem Versuchsstand getestet, doch schon bald soll er in der Praxis zum Einsatz kommen. (Bild: BITSz engineering)
Noch wird der LEANTEC-Motor auf einem Versuchsstand getestet, doch schon bald soll er in der Praxis zum Einsatz kommen. (Bild: BITSz engineering)

Im Wachstumskern LEANTEC-Antrieb engagieren sich fünf Unternehmen und drei Forschungseinrichtungen aus Sachsen und Thüringen mit dem Ziel, einen neuartigen Elektroantrieb auf den Markt zu bringen, der die technologische Lücke zwischen Direktantrieben und klassischen Motor-Getriebe-Kombinationen schließt.

Material-, Ressourcen- und Energieeffizienz trägt zur Zukunftsfähigkeit des Antriebs bei. Eines der beteiligten Unternehmen ist die SAMAG Saalfelder Werkzeugmaschinen. Die Antriebsplattform zeichnet sich durch geringe Bauhöhe und geringes Gewicht aus. So wiegt der Rotor durch den Einsatz von Verbundwerkstoffen statt der üblichen 100 kg nur 800 g. Entsprechend lautet das Motto des Bündnisses „So leicht geht Antrieb“.

Die Innovation liegt laut Dr. Michael Schmidt, Geschäftsführer von BITSz engineering und Sprecher des Wachstumskerns, in der Interdisziplinarität. Eine der Herausforderungen des Projekts ist die Großserienproduktion der Komponenten aus Sinter- oder Verbundwerkstoffen. Leistungssteigerung bei geringer Masse und minimiertem Bauraum ist einer der grundlegenden Schritte in Richtung Energie-, Material- und Ressourceneffizienz.

Der Verzicht auf Seltene Erden beispielsweise schont nicht nur knappe Ressourcen, deren heutige Abbaumethoden zudem massive Umweltschäden verursachen, sondern bedeutet auch eine Unabhängigkeit von einem zum aktuellen Zeitpunkt schwer einzuschätzenden Monopolanbieter. Zudem zeichnet sich eine steigende Tendenz bei der Preisentwicklung, insbesondere von Neodym, ab.

Zielmärkte für neue Antriebe

Die Möglichkeiten der Elektronik mit modernen Umrichter- und Steuerungsarchitekturen bilden die Grundlage, die mechanischen Prinzipien der hochpoligen Transversalflussmotoren in serienreifen Antrieben umzusetzen. Dies ist die Innovation des Partners BITSz engineering. Das Zwickauer Unternehmen entwickelt und fertigt im Bereich der Embedded Systeme und der Antriebstechnik. Hier wird der LEANTEC-Antrieb ausgelegt sowie die zugehörigen Motorregler inklusive der Elektronik und der Software entwickelt und das gesamte elektronische System geprüft.

SAMAG ist selbst potenzieller Anwender von LEANTEC-Antrieben in Rundtischen und verfügt über jahrzehntelange Erfahrung in der präzisen Fertigung von Teilen für die Automobilindustrie in Großserie. Die Kompetenz in der Großserienfertigung von Motorenteilen ist hier ebenso gegeben wie die Kompetenz in der Bearbeitung von Leichtbauwerkstoffen. Mit dem Einsatz der Antriebe in den eigenen Werkzeugmaschinen schafft SAMAG durch die neuen Bearbeitungsoperationen einen zusätzlichen Kundennutzen.

Viel mehr als nur ein simpler Elektromotor

Leichte Elektroantriebe neuester Technologie – dafür steht LEANTEC. In diesem Antriebssystem sollen Bauteile aus Verbundwerkstoffen eingesetzt werden, beispielsweise kohlefaserverstärkte Kunststoffe. Um Ressourcen zu schonen, wollen die Ingenieure auf knapper werdende Rohstoffe, wie Seltenerdmetalle, verzichten. Für die aktiven Bauteile des Motors, den Rotor und den Stator, testen die Forscher neue Materialkombinationen aus Kunststoff-Fasern und Metallpulvern. Es ist eine Herausforderung, gleichzeitig auch die Funktionsfähigkeit des Antriebs zu verbessern.

Damit der Motor auch bei der Verwendung anderer Materialien so effizient wie möglich läuft, muss die Bauweise aller Komponenten neu aufeinander abgestimmt werden. So beschäftigen sich Wissenschaftler zunächst mit Funktionstests und theoretischen Berechnungen. Dabei geht es unter anderem um die Polgeometrie, die Stromdurchflutung und Ummagnetisierungsverluste. Eins hat sich bei den Tests bereits herausgestellt: Die neuen Materialkombinationen eignen sich besser für den Magnetkreis des Motors als konventionell verwendete Bleche.

Wie gut das LEANTEC-Antriebssystem in der Praxis funktioniert, werden Ingenieure der TU Ilmenau an Demonstratoren testen. Ob sich der LEANTEC-Motor bewährt, wird sich in den nächsten Monaten zeigen.

An der TU Dresden arbeiten Ingenieure an einer weiteren Einsatzmöglichkeit von LEANTEC. In Kombination mit einem Dieselgenerator soll er als Antrieb eines Radladers dienen. Bisher funktioniert die hybride Technik nur in Verbindung mit Hydraulikkomponenten. Rein elektrisches Fahren ist nicht möglich. Mit dem LEANTEC-Motor, der direkt in der Innenfelge der Radtrommel eingebaut wird, ist das anders. Durch den hohen Übertragungswirkungsgrad und die Entkopplung vom Dieselmotor könnte sich das Baufahrzeug auch komplett elektrisch bewegen. Abgesehen davon ist der Antrieb kostengünstig, robust und lässt sich leicht montieren.

Das LEANTEC-Bündnis

Die LEANTEC-Technologie ermöglicht die Entwicklung und die Produktion von neuartigen hoch effizienten elektrischen Antriebssystemen. Mit verbesserter Leistung und im Vergleich zu etablierten Antriebssystemen höherer Energieeffizienz ergibt sich eine große Bandbreite von neuen Anwendungsmöglichkeiten. Das LEANTEC-Bündnis strebt die Technologieführerschaft im Bereich der Elektroantriebe nach dem Transversalflussprinzip für Direktantriebe in der Überlappungszone zwischen langsam und schnell drehenden drehmomentstarken Antrieben (Eckdrehzahl 400 bis 3.000 min-1 und Drehmoment von 200 bis 2.000 Nm) an. Der organisatorische Rahmen für eine Markterschließung wurde mit der Gründung der LEANTEC Motor GmbH & Co. KG, einem Gemeinschaftsunternehmen beteiligter Industriepartner, bereits geschaffen. (hö)

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