Können Motoren für Elektrofahrzeuge wirtschaftlich per Siebdruck hergestellt werden? Und welche Eigenschaften lassen sich den gedruckten Antrieben mit auf den Weg geben, die konventionelle Fertigungsverfahren nicht leisten können? Das erforschen Wissenschaftler der Professur Elektrische Energiewandlungssysteme und Antriebe der Technischen Universität Chemnitz im Projekt „PriMa3D – Siebgedruckte Komponenten für elektrische Antriebe“. Ziel der Forschung ist es, den dreidimensionalen Siebdruck für die Herstellung von Elektroantrieben weiterzuentwickeln. Gefördert wird das Vorhaben seit Ende 2012 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit rund 1,6 Mio. Euro für drei Jahre. „Wir betrachten innerhalb des Projekts technologische Fragestellungen zur Steigerung der Energieeffizienz elektrischer Antriebe und einer effizienten Produktion“, sagt Prof. Dr. Ralf Werner, Inhaber der Professur Elektrische Energiewandlungssysteme und Antriebe, und ergänzt: „Innerhalb des Projektzeitraumes wollen wir nachweisen, dass der dreidimensionale Siebdruck eine wirtschaftliche Alternative für die Fertigung darstellt. Außerdem möchten wir zeigen, dass durch dieses Verfahren eine entscheidende Verbesserung der Leistungsdichte und des Wirkungsgrads von elektrischen Antriebsmotoren möglich ist.“
Durch das Übereinander-Drucken von mehreren Schichten nahezu beliebigen Materials können mit Hilfe des 3D-Siebdrucks Bauteile von mehr als 10 cm Höhe entstehen. Diese werden nach dem Druckvorgang wärmebehandelt und so zu stabilen Körpern versintert. „Der 3D-Siebdruck erlaubt im Vergleich zu klassischen Produktionsverfahren eine große Fertigungsgenauigkeit und Materialauswahl. Das verspricht, Motoren mit aus heutiger Sicht überragenden Eigenschaften herstellen zu können“, so Prof. Werner, dessen Professur schon seit Mai 2010 den klassischen 2D-Siebdruck zur Herstellung von Antriebsteilen nutzt. „Bereits seit mehr als zweieinhalb Jahren laufen bei uns Berechnungen und Vermessungen für Luftspaltwicklungen für Kleinantriebe“, berichtet Werner.
Um den 3D-Siebdruck in der Antriebstechnik nutzen zu können, legen die Wissenschaftler zunächst die für einen Elektromotor nötigen Bauteile für das neue Verfahren aus. „Dabei fließen bereits prinzipbedingte positive Eigenschaften des neuen Verfahrens ein“, sagt Werner und erklärt: „So können zum Beispiel auf Grund innovativer Materialien, wie Keramiken, wesentlich höhere Betriebstemperaturen zugelassen werden.“ Dadurch gelinge die Integration in das vorhandene Kühlsystem bei Hybridfahrzeugen deutlich einfacher. Außerdem würden bei kleinerer Masse und Volumen höhere Leistungen im Vergleich zu herkömmlichen Elektroantrieben erreicht.
Quelle: TU Chemnitz
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