Leichtere Elektromotoren für die E-Mobility

Im Forschungsprojekt „fabulous“ arbeitet M.TEC gemeinsam mit den beteiligten Projektpartnern an der Entwicklung funktionsintegrierter Antriebsbauteile für die Elektromobilität. Ziel ist es, das Gewicht von Elektromotoren bzw. Radnabenmotoren zu reduzieren. Metallkomponenten sollen durch Hochleistungs-Verbundwerkstoffe aus Kohlefasertapes substituiert werden. Das Elektrofahrzeug wird damit insgesamt leichter, effizienter, robuster und wendiger.

Elektromobilität: Antrieb und Herausforderungen

Mobilität in Deutschland wird neu gedacht: Laut VDA (Verband der deutschen Automobilindustrie) liegt es im Selbstverständnis der Automobilindustrie in Deutschland, Vorreiter der Elektromobilität zu sein bzw. zu werden. Die entsprechende Weiterentwicklung der Elektroantriebe ist daher essenziell wichtig für die Zukunftsfähigkeit der Branche. Der Elektromotor bzw. Radnabenmotor ist im Antriebsstrang von Elektrofahrzeugen ein zentraler Bestandteil.

Radnabenmotor: Gewichtsreduktion durch Kunststofftechnik

Der neuartige Radnabenmotor soll effizienter und leichter werden, indem bestehende Metallkomponenten durch neu entwickelte Hochleistungsmaterialien aus Kunststoffen ersetzt werden. Dazu werden neuartige, mit Kohlenstofffasern verstärkte UD-Tapes entwickelt. Ziel ist, die thermische Stabilität der Steifigkeit der Matrix auch bis TG ≥ 120°C zu gewährleisten. Weiter soll die Kontaktkorrosion bei der Funktionalisierung zwischen den Werkstoffen unterbunden werden.

Die Prozesse der Tapeablage, der Oberflächenfunktionalisierung von Einlegern sowie der werkzeuggebundene Formgebungsprozess werden für die hauptzeitparallele Fügung mehrerer ungleicher Werkstoffe entwickelt. Die Multi-Material-Motorkomponente wird werkstoffgerecht und betriebsfest für die erhöhte Belastungstemperatur ausgelegt und auf eine nahezu Nulldehnung hin optimiert. Für die Herstellung eines Demonstrations-Prototypen wird eigens ein Werkzeug entwickelt, ausgelegt, konstruiert und gebaut. Nach Herstellung des finalen Demonstrators wird dieser in einem Versuch validiert.

Das Projektvorhaben „fabulous“ deckt die komplette Wertschöpfungskette von der innovativen Hochleistungs-Materialentwicklung über die Prozessentwicklung, Bauteilentwicklung und Qualitätssicherung bis hin zum fertigen Elektromotor ab. 

M.TEC: Beitrag und Vorteile

Durch das fabulous-Projekt erweitert die M.TEC GmbH ihr vorhandenes Know-how im Bereich der Magnetfeldsimulation durch die Integration von neuen Materialien und der Erweiterung von bestehenden Materialmodellen. Bei der Gestaltung von Multi-Material-Bauteilen wird zusätzlich neues Wissen aufgebaut, insbesondere bei der Integration der neu entwickelten Materialien in thermisch und mechanisch hochbelasteten Bauteilen.

Es ist davon auszugehen, dass dieses neu entwickelte Wissen auch auf andere Produkte im Arbeitsumfeld von M.TEC übertragbar ist. Mögliche Anwendungen liegen in praktisch allen Bereichen des Elektromaschinenbaus, des allgemeinen Maschinenbaus sowie in der Luftfahrt-, Schienenfahrzeug- und Schiffbauindustrie. Auch der Einsatz in Bauteilen für die Strömungstechnik wie etwa Flügelräder, Luftkanäle, Düsen, Wäschetrockner und Staubsauger ist denkbar. Das gilt auch für hochbelastete Teile für den Leichtbau. Darüber hinaus kann das Wissen auch zur allgemeinen Reduktion von Ausfallwahrscheinlichkeiten dienen. Mit einer entsprechenden Überführung in die Projektabläufe bei M.TEC wird innerhalb von zwei bis drei Jahren gerechnet. 

Entsprechende Entwicklungsprozesse verändern sich wahrscheinlich insbesondere durch den Einsatz des digitalen Zwillings. Diese Form der digitalen Unterstützung wird es ermöglichen, Lösungen zu finden die das Optimum für die Gesamtheit aller Anforderungen darstellen – im Gegensatz zum Optimum bezogen auf eine einzelne Anforderung. Dies stellt ein großes Potential zur Minimierung des Ressourceneinsatzes dar.

Projektpartner & Zuständigkeiten

M.TEC ist in diesem Forschungsvorhaben für die simulative magnetische Auslegung des Motors mit einer multivarianten Optimierung sowie dessen Gesamtkonzeptionierung zuständig, gemeinsam mit der FEV. Die weiteren Projektpartner sind:

  • AKRO-PLASTIC GmbH
  • CirComp GmbH
  • FEV Europe GmbH
  • FKT Formenbau und Kunststofftechnik GmbH
  • Fraunhofer IPT 
  • Fraunhofer LBF
  • Gubesch Thermoforming GmbH
  • SURAGUS GmbH

 

Weitere Angaben zu diesem Forschungsprojekt

Projekttitel: Funktionsintegrierte Antriebsbauteile für die Elektromobilität ermöglicht durch neuartige Hochleistungs-Verbundwerkstoffe
Fördermaßnahme: Das Vorhaben wird im Rahmen der Fördermaßnahme "Vom Material zur lnnovation" nach Art. 25 der Verordnung (EU) Nr. 65112014 der Europäischen Kommission vom 17.06.2014 gefördert
Förderkennzeichen: 03XP0214F
Gefördert vom: BMBF_gefoerdert vom_deutsch

Ihr Ansprechpartner

Stefan Vogler
Stefan Vogler
Teamleiter Simulation & Berechnung
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