Vereinte Kräfte für eine nachhaltige Produktion E-Motoren aus dem 3D-Drucker

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Elektroantriebe sind das Mittel der Wahl, geht es darum, CO₂-Emissionen zu senken und Klimaschutzziele zu erreichen. Ein Forschungsprojekt unter Leitung der Universität Paderborn arbeitet jetzt an der Entwicklung von E-Motoren auf Basis additiver Fertigungsverfahren.

Das Vorhaben zur Entwicklung von E-Motoren auf der Basis von 3D-Druck-Verfahren, an dem unter anderem Industriepartner wie die Mercedes-Benz AG und die Siemens AG beteiligt sind, hat ein Gesamtvolumen von rund 11.5 Millionen Euro und wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) für eine Dauer von drei Jahren gefördert. Das Forschungs- und Innovationsmanagement vom TÜV Rheinland betreut „AddReMo“[1], so der Projektname.

Additive Fertigungsverfahren zur Herstellung von E-Motoren

„Unser Ziel ist es, innovative Technologien zur Produktion von elektrischen Antriebssystemen zu entwickeln, die zur nachhaltigen Mobilität und signifikanten Reduktion der CO2-Emissionen beitragen“, sagt Prof. Dr.-Ing. Balázs Magyar, Leiter der „Konstruktions- und Antriebstechnik“ an der Universität Paderborn. Der Lehrstuhl bildet zusammen mit der Siemens AG die Konsortialleitung des Forschungsprojekts. Im Fokus stehen die Erforschung und Anwendung additiver Fertigungsverfahren zur Herstellung von E-Motoren. „Wir setzen drei verschiedene Verfahren[2] ein, um Gestaltungsfreiheiten zu nutzen und den Materialeinsatz zu optimieren. Der Schwerpunkt liegt auf der Weiterentwicklung hinsichtlich Prozessstabilität, Verarbeitung neuartiger Hochleistungswerkstoffe im Mono- und Multimaterialbereich, simulationsgestützter Konstruktion und KI-basierter Qualitätssicherung“, so Prof. Magyar weiter.

Auf den industriellen Einsatz vorbereitet

Die Verfahren lassen eine Reduktion des Gewichts, des sogenannten Massenträgheitsmoments und eine Verbesserung der Kühlung zu, um die Leistungsdichte der E-Motoren zu erhöhen. Für den industriellen Einsatz werden Demonstrationen von E-Motoren von der Mercedes-Benz AG und der Siemens AG weiterentwickelt, technisch-wirtschaftlich bewertet und in bestehende Gesamtsysteme integriert.

Möglichkeiten der dezentralisierten Produktion

Neben den optimierten E-Motoren wird auch die Dezentralisierung der Produktion ermöglicht, was die Abhängigkeit von globalen Lieferketten reduziert und die industrielle Resilienz stärkt. „Durch den Vergleich der Fertigungsverfahren werden die mechanischen, thermischen und magnetischen Eigenschaften der E-Motoren analysiert und unter realen Bedingungen simulativ und experimentell validiert. Ziel ist es, sowohl eine technische als auch ökonomisch-ökologische Bewertung der Verfahren sowie der E-Motoren durchzuführen, um eine serienreife Produktion zu schaffen“, erklärt Prof. Dr.-Ing. Mirko Schaper, Leiter des Lehrstuhls für Werkstoffkunde an der Universität Paderborn und Dekan der Fakultät für Maschinenbau.

Branchenübergreifend wirksam

Die Ergebnisse sollen dazu beitragen, ressourcenschonendere und leistungsfähigere Antriebssysteme für die zukünftige Mobilität zu realisieren und die industrielle Produktion nachhaltig zu verbessern. Das Transfer- und Skalierungspotenzial sichert eine branchenübergreifende Wirkung, nicht nur im Bereich der E-Mobilität, sondern auch hinsichtlich steigender Effizienzklassen für stationäre E-Motoren gemäß EU-Vorgaben.

Zum Konsortium gehören neben der Universität Paderborn auch das Karlsruher Institut für Technologie (KIT-wbk Prof. Lanza/Prof. Zanger) und die Leibniz Universität Hannover (LUH-IAL Prof. Ponick). Industrielle Verbundpartner:innen sind: Siemens AG, Mercedes-Benz AG, USU GmbH, Nikon SLM Solutions AG, Additive Drives GmbH, Schübel GmbH, QASS GmbH, Whitecell Eisenhuth GmbH & Co. KG, Indutherm Gießereitechnologie GmbH und Carbolite Gero GmbH & Co. KG. Die Additive Marking GmbH und Advanced Mechanical Engineering GmbH sind assoziierte Partner.

[1] „Einsatz von Additiven Fertigungstechnologien zur Erreichung von ressourceneffizienten Prozessketten sowie Motorkomponenten im Bereich der E-Mobilität“ (AddReMo). Das Projekt ist an das Förderprogramm „DNS der zukunftsfähigen Mobilität“ des Bundesministeriums angegliedert.

[2] PBF-LB/M (Laser-Strahlschmelzen), AddCasting und BJT-MSt/C (Binder Jetting)

Weitere Informationen: https://www.uni-paderborn.de/

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