Leistungsfähigere Elektromotoren mit 3D-Druck

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EXIST-Forschungstransfer der TU
Freiberg treibt additive Fertigung voran

Leistungsfähigere Elektromotoren mit 3D-Druck
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Die Technologie: additiv gefertigter Hairpin-Traktionsmotor. [Additive Drives]
08.08.2020 | Mit einem neuartigen 3D-Druckverfahren wollen vier Ausgründer des neu gestarteten EXIST-Forschungstransfers „Additive Drives“ an der TU Bergakademie Freiberg die Leistung und den Wirkungsgrad aktueller Elektromaschinen steigern. Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Kupferspule. Diese soll künftig direkt aus den Entwicklungsdaten der Konstrukteure in die additive Fertigung überführt werden und so deutlich kürzere Entwicklungs- und Testzyklen ermöglichen.

„Wir denken den Elektromotor neu“, erklärt Philipp Arnold. „Die Antriebsaufgaben der Zukunft – ob in Industrie oder Verkehr – stellen 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. Der studierte Wirtschaftsingenieur ist einer der vier Ausgründer. Gemeinsam mit Axel Helm, Dr. Jakob Jung und Lasse Berling (Alumnus der TU Freiberg) will er innerhalb des nächsten Jahres die additive Fertigung von Kupferspulen, Hauptbestandteil eines jeden Elektromotors, am Markt etablieren und die Technologie weiterentwickeln.


Der Turbo für den Entwicklungsprozess


Bis zu sieben Monate dauert die traditionelle Fertigung von Prototypen für Elektromotoren. Grund dafür sind komplexe Wickelwerkzeuge, die es zu fertigen und einzurichten gilt. Im Gegensatz dazu benötigt das Kupfer 3D-Druckverfahren keine zusätzlichen Werkzeuge und verkürzt die Fertigungszeit auf wenige Tage. Damit werden deutlich schnellere Testzyklen und Marktreifeprozesse möglich. In Zusammenarbeit mit einem Fertigungsnetzwerk entstehen so vollständige Elektromotoren in kurzer Zeit.

 

Keine Abstriche bei Materialparametern


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. „Mit dem EXIST Forschungstransfer hat das BMWi und die TU Bergakademie Freiberg eine wesentliche Grundlage geschaffen, dass diese potentialreiche Ausgründungen ihre Produkte zur Marktreife entwickeln und sich in einem stark wachsenden Markt etablieren kann“, erläutert Andre Uhlmann vom Gründernetzwerk SAXEED an der TU Bergakademie Freiberg, das das Team von Additive Drives seit März in der ersten Förderphase unterstützt.


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