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PriMa3D
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Verbundprojekt PriMa3D

Siebgedruckte Komponenten für elektrische Antriebe

Förderungszeitraum: Dezember 2012 bis November 2015

Zielstellung

Zur Erhöhung der Akzeptanz von Elektrofahrzeugen in der Bevölkerung ist es zwingend notwendig, dass die Fahrzeuge sowohl dem Fahrer eine hohe Reichweite bieten als auch bei allen Witterungsbedingungen zuverlässig funktionieren. Für den Fahrantrieb als Kernkomponente in Elektrofahrzeugen sind dabei hoher Wirkungsgrad, hohe Leistungsdichte und kosteneffiziente Fertigung entscheidend. Bei den klassischen paketierbasierten Fertigungsverfahren für Elektroantriebe konnten in den letzten Jahren jedoch nur noch kleine Fortschritte erzielt worden. Ausgehend von anderen Forschungsbereichen wurde in den letzten Jahren der dreidimensionale Siebdruck als alternative massentaugliche Fertigungsmethode entwickelt, die auch für elektrotechnische Problemstellungen viel versprechend ist. Bei diesem Verfahren wird eine Druckpaste Schicht für Schicht aufeinander gedruckt, sodass eine dreidimensionale Struktur entsteht, die anschließend versintert wird. Durch den pulvermetallurgischen Ansatz können wesentliche Komponenten von Elektroantrieben endformnah in einem Stück gefertigt werden, so dass die bisherigen Beschränkungen überwunden werden können. Darüber hinaus sind völlig neuartige komplexe Geometrien, wie z. B. Mikrokanäle zur Kühlung der stromführenden Drähte, denkbar. Damit kann die Wärme gezielt dort abgeführt werden, wo sie entsteht. Dies führt zu einer Verringerung der thermischen Belastung des Motors, was sich positiv auf die Lebensdauer auswirkt. Die Kosten des Siebdruckschrittes spielen später bei mittleren bis hohen Stückzahlen, wie sie im Automotivsektor üblicherweise angestrebt werden, eine untergeordnete Rolle, da man das Verfahren kontinuierlich und damit kostengünstig betreiben kann.

Ziel des Vorhabens ist es daher, den dreidimensionalen Siebdruck für die Herstellung von Fahrantrieben in der E-Mobility weiterzuentwickeln, wobei neben technologischen Fragestellungen auch die Anlagen- und Siebentwicklung für eine spätere effiziente Produktion betrachtet werden.

Dazu werden zunächst die herzustellenden Komponenten für das neue Verfahren ausgelegt, wobei schon prinzipielle Verbesserungen im Vergleich zu den konventionellen Verfahren mit einfließen sollen. Anschließend werden die ausgelegten Bauteile mittels Druckverfahren zu realen Strukturen gefertigt. Dabei fließen für die Druckentwicklung auch Verbesserungen bei der Siebfertigung als Entwicklungsbaustein bei der Sicherung der Bauteilqualität mit ein. Die fertigen Bauteile werden schließlich zu fertigen Antriebssystemen montiert und auf ihre Eigenschaften getestet. Parallel zu den Ergebnissen aus der Siebdruckentwicklung werden wesentliche Komponenten einer möglichen kommerziellen Fertigungsanlage konzipiert und hergestellt. Am Ende des Projektzeitraumes soll nachgewiesen sein, dass der dreidimensionale Siebdruck eine wirtschaftliche Alternative für die Fertigung von elektrischen Antriebsmotoren darstellt und dass damit auch eine entscheidende Wirkungsgradverbesserung möglich ist.

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