Mit 3D-Druck zum leistungsfähigeren Elektromotor

Mit einem neuen 3D-Druck­verfahren steigern vier Ausgründer des Exist-Forschungs­transfers „Additive Drives“ an der TU Freiberg die Leistung und den Wirkungsgrad aktueller Elektro­maschinen. Haupt­augenmerk liegt dabei auf der Kupferspule.

Die Idee: Die Kupferspulen sollen 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.

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Das Gründerteam Philipp Arnold, Lasse Berling, Dr. Jakob Jung, Axel Helm mit dem wissen­schaft­lichen Mentor Prof. Dr. Henning Zeidler (links) und Andre Uhlmann vom Gründer­netz­werk Saxeed (rechts; Quelle: Additive Drives)

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 Prozent 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 der TU. „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, das das Team von Additive Drives seit März in der ersten Förder­phase unter­stützt. (Quelle: TU Bergakademie Freiberg)

Link: Additive|Drives GmbH, Dresden, GermanyLehrstuhl Additive Fertigung (H. Zeidler), Institut für Maschinen­elemente, Konstruktion und Fertigung, Technische Universität Berg­akademie Freiberg, Freiberg, Germany

Bild: Die Technologie: additiv gefertigter Hairpin-Traktions­motor. (Quelle: Additive Drives, TU Freiberg)

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