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Preiswerte Power in Serie für Elektrofahrzeuge

13.06.2013
Die Professur Kunststoffe der TU Chemnitz ist an der Entwicklung von elektrischen Axialflussmotoren für die Großserie beteiligt - Kostenreduktion um mehr als 60 Prozent möglich

Das Interesse an Elektrofahrzeugen steigt - doch noch gibt es technische Schwierigkeiten, die einer flächendeckenden Verbreitung im Wege stehen. Ein großes Problem sind die hohen Kosten im Vergleich zum konventionellen Verbrennungsmotor.


Prof. Dr. Michael Gehde (vorne) und Sascha Englich von der Professur Kunststoffe der TU Chemnitz untersuchen mit einem Rheometer das Fließverhalten einer Duroplastformmasse. Die Wissenschaftler suchen ein geeignetes duroplastisches Material, das für Bauteile des Axialflussmotors eingesetzt und im Spritzguss-Verfahren in Serie verarbeitet werden kann. Der auf dem Bildschirm dargestellte Verlauf der Messung zeigt, dass der untersuchte Werkstoff bei einer Temperaturerhöhung zunächst erweicht um dann zu härten. Für die Verarbeitung der Werkstoffe ist entscheidend, wann die Härtung einsetzt und wie schnell sie abläuft. Foto: TU Chemnitz/Philip Knauth

"Ein Kostentreiber bei den bisher angedachten Elektrofahrzeugen sind die Schutzmaßnahmen, die wegen der hohen Batteriespannungen, typischerweise zwischen 300 und 600 Volt, erforderlich sind", sagt Prof. Dr. Michael Gehde, Inhaber der Professur Kunststoffe an der Technischen Universität Chemnitz, und ergänzt: "Ein sogenannter Axialflussmotor könnte allerdings durch seine Bauweise und seine hohe Effizienz mit unter 60 Volt betrieben werden, sodass diese Schutzmaßnahmen entfallen würden."

Die Professur Kunststoffe ist beteiligt an der Entwicklung eines Herstellungsverfahrens, mit dem solche elektrische Axialflussmotoren in Großserie produziert werden können. Das Projekt GroAx (Großserientaugliches Herstellungsverfahren für neuartige elektrische Axialflussmotoren) wird im Rahmen des Förderkonzeptes "Serienflexible Technologien für elektrische Antriebe" für 2,5 Jahre vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit 2,3 Millionen Euro gefördert.

Bei einem Axialflussmotor verläuft der magnetische Fluss im Gegensatz zu konventionellen Elektromotoren nicht quer, sondern parallel zur Drehachse. Dies ermöglicht gleichzeitig einen einfachen Aufbau der Kupferwicklungen. "Die Komplexität und somit die Kosten bei Elektrofahrzeugen würden dadurch drastisch reduziert", so Gehde. Prototypen des Axialflussmotors seien bislang erfolgreich in verschiedenen Elektrofahrzeugen getestet worden. Zurzeit werden diese Motoren allerdings in Kleinserien vorwiegend handgefertigt.
Die Fertigungsverfahren sind für größere Stückzahlen von mehr als 5.000 im Jahr nicht geeignet. An der Professur Kunststoffe sollen im Forschungsprojekt GroAx vorhandene Fertigungsschritte durch großseriengerechte Prozesse ersetzt werden. Verbunden sind damit auch neue Möglichkeiten zur Gestaltung von Baugruppen und Komponenten des Motors, deren Funktionsfähigkeit getestet wird.

"Aufgrund unserer jahrelangen Erfahrung im Spritzguss duroplastischer Formmassen forschen wir insbesondere an der automatisierten Umspritzung des Stators mit integrierten Wicklungen, der Kühler und des Statorflanschs", erklärt Gehde. Duroplaste sind Kunststoffe, die verstärkt im Automobilbau eingesetzt werden, unter anderem weil sie hohe Temperaturen aushalten. Der Stator umfasst die unbeweglichen Teile des Motors. Durch dieses Spritzguss-Verfahren wollen die Wissenschaftler das derzeitig angewandte aufwändige Gießverfahren ersetzen, bei dem die vorgefertigten Bauteile manuell positioniert werden müssen.
Durch das automatisierte und maschinelle Umspritzen der Bauteile werde ein schneller, kostengünstiger und reproduzierbarer Prozess ermöglicht: "Dieser verspricht zudem eine Verbesserung der technischen Eigenschaften, unter anderem eine verbesserte thermische Anbindung verlustbehafteter Bauteile und eine Schallentkopplung zwischen Stator und Befestigungsflansch", so Gehde. Die Arbeitsgruppe "Duroplaste" an seiner Professur forscht vor allem an einem geeigneten duroplastischen Material für den Spritzgussprozess. Dieses muss einerseits hohen thermischen und mechanischen Belastungen standhalten, und sich andererseits schonend und bei niedrigen Temperaturen verarbeiten lassen, um so schon bei der Produktion Energie zu sparen.

Ziel der Forschung ist eine Planung für die Fertigung von 50.000 Motoren im Jahr. "Die im Projekt GroAx entwickelten Verfahren werden eine Großserienfertigung des Axialflussmotors ermöglichen. Gleichzeitig reduzieren sie die Herstellkosten um mehr als 60 Prozent", stellt Gehde in Aussicht. Dadurch werde der angestrebte Einsatz der Axialflussmotoren in großen Stückzahlen in Elektrofahrzeugen und anderen Anwendungen, wie der Luftfahrt, realistisch.

Kontakt: Sascha Englich, Professur Kunststoffe, Telefon 0371 531-36773,
E-Mail sascha.englich@mb.tu-chemnitz.de

Katharina Thehos | Technische Universität Chemnitz
Weitere Informationen:
http://www.tu-chemnitz.de

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