Effiziente Leichtbaumotoren für Elektrofahrzeuge

Zur flächendeckenden Realisierung der Elektromobilität ist die kostengünstige und flexible Produktion effizienter elektrischer Antriebstechnik integraler Bestandteil. Unter anderem können neue Leichtbaukonzepte das Fahrzeuggewicht senken und somit den Energieverbrauch beim Beschleunigen reduzieren. Neben den bisherigen Leichtbaubereichen, wie der Karosserie, wird es künftig auch um die Gewichtsoptimierung des Elektromotors gehen. Serienfähige Produktionstechnologien zu entwickeln, ist Ziel des Projektes „ProLeMo“, an dem das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) beteiligt ist.

Während derzeitige stationäre Elektromotoren bereits einen hohen Wirkungsgrad von bis zu 95 Prozent aufweisen, ist die Realisierung einer stückzahl- und variantenflexiblen Serienproduktion noch eine große Herausforderung für die Produktionstechnik. Gleichzeitig geht es darum, das Verhältnis von Motorleistung zu Motorgewicht – das Leistungsgewicht – zu steigern und so zur Reduzierung des Fahrzeuggewichts beizutragen. „Hierzu müssen einerseits neue Werkstoffe in die Motoren integriert werden und andererseits muss eine vereinfachte Fertigung für die Motorkomponenten erreicht werden“, erläutert Manuel Peter vom wbk Institut für Produktionstechnik am KIT. Zur Lösung dieser Herausforderungen setzt das Verbundprojekt ProLeMo mit Partnern aus Unternehmen und Wissenschaft auf einen ganzheitlichen und umfangreichen Ansatz der interdisziplinären Bearbeitung. Ziel ist die Steigerung des Leistungsgewichts von Elektromotoren bei einer gleichzeitigen Vereinfachung der Fertigungsprozesse.

Das wbk untersucht in ProLeMo Lösungen für den Einsatz von faserverstärktem Kunststoff im Elektromotor. In den kommenden drei Jahren bauen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die dazu notwendige Prozesskette zur Fertigung eines Demonstrators auf. Dadurch sollen die betrachteten Motor-komponenten Rotor, Stator und Gehäuse mit integrierter Kühlung hergestellt werden können. Das Institut für Fahrzeugsystemtechnik (FAST) entwickelt die Bauteile aus Faserverbundwerkstoffen, und stellt durch den Einsatz moderner Simulationswerkzeuge sicher, dass sie den Anforderungen gewachsen sind.

Im Projekt decken die beteiligten Partner alle dazu benötigten Kompetenzen ab. Verbundkoordinator ist das Unternehmen Witten-Stein cyber motor GmbH, das auf die Entwicklung und Fertigung von permanenterregten Hochleistungs-Synchronmotoren spezialisiert ist. Im Bereich der Spritzgießtechnik arbeitet die Arburg GmbH + Co KG an der Verwendung alternativer, spritzgießbarer Werkstoffe für Motorkomponenten mit. Für Zerspanungsaufgaben sowie die Faserablage sind die Index-Werke GmbH & Co. KG Hahn & Tessky im Bereich der Drehmaschinen und Dreh-Fräs-Zentren am Projekt beteiligt. Die Prozess- und Maschinen-entwicklung zur Fertigung der benötigten Spulen übernimmt die Aumann GmbH. Forschungsseitig unterstützt das Institut für Produktionstechnik (wbk) und das Institut für Fahrzeugsystemtechnik (FAST) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) das auf drei Jahre ausgelegte Projekt.

Gefördert wird das Forschungsprojekt mit einem Gesamtvolumen von 3,3 Millionen Euro vom Bundesministerium für Wirtschaft (BMWi) mit 1,7 Millionen Euro. Projektträger ist das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR).