Projektbeschreibung ProLemo

Existierende Elektromotoren höherer Leistung sind für den Antrieb von Maschinen und Anlagen optimiert, weshalb bei diesen in der Entwicklung, Konstruktion und Produktion der Schwerpunkt auf die Dauerfestigkeit und Lebensdauer gelegt wird. Baugröße, Wirkungsgrad und Gewicht spielen dabei allerdings oft nur eine untergeordnete Rolle. Für den Fahrzeugeinsatz sind diese Motoren somit zu schwer, zu groß und zu teuer. Um sie dennoch für den Massenmarkt Elektromobilität einsetzen zu können, wurden im Projekt ProLemo innovative Serienfertigungsund Leichtbautechnologien entwickelt. Dabei konnte durch die Beteiligung der Verbundpartner (WITTENSTEIN cyber motor GmbH, ARBURG GmbH + Co KG, INDEX-Werke GmbH & Co. KG Hahn & Tessky und Aumann GmbH) und des Karlsruher Instituts für Technologie mit den Instituten wbk (Institut für Produktionstechnik) und FAST (Institut für Fahrzeugsystemtechnik) eine enge Zusammenarbeit über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg erreicht werden.

Durch gezielten Einsatz von Leichtbaumaterialien (faserverstärkte Verbundwerkstoffe, Soft Magnetic Compounds) und eine besonders kompakte, automatisiert hergestellte Kupferdraht-Wicklung konnten gegenüber einem Referenzmotor gleicher Leistungsklasse Gewichtseinsparungen von insgesamt ca. 20% erreicht werden. Einsparungen wurden dabei vor allem am Rotorgewicht realisiert, wodurch ebenfalls das Trägheitsmoment um ca. 15% reduziert werden konnte. Besonders die Entwicklung eines Produktionsprozesses zur Herstellung von CFK-Stahl-Hybridwellen und eines Zwei-Komponenten-Spritzgussprozesses zur skalierbaren Fertigung von Leichtbaurotorscheiben aus Soft Magnetic Compound (SMC) trugen zu den erreichten Gewichtseinsparungen bei. Ein Leichtbaugehäuse aus CFK mit integriertem, modularem Kühlsystem ermöglicht zudem eine optimierte Kühlung der Statorwicklung. Diese wird durch ein automatisiertes Nadelwickelverfahren mit hohem Füllgrad bei kleinem Statoraußendurchmesser hergestellt.

Darüber hinaus kann durch eine optimierte Montage der Rotorkomponenten auf einen Auswuchtschritt und hierfür notwendige Wuchtscheiben verzichtet werden. Für die genannten Komponenten Hybridwelle, Leichtbaurotorscheiben, Gehäusekühlung, Statorwicklung und den Schritt der unwuchtminimalen Montage wurde eine Leichtbaumotor-Fertigungszelle am wbk (Institut fürProduktionstechnik) prototypisch aufgebaut und die Komponenten produziert und getestet.

Ergebnisse

- Entwicklung eines Schleuderverfahrens zur Herstellung von CFK-Stahl-Hybridwellen
- Herstellung von Rotorscheiben aus Soft Magnetic Compound als aussichtsreiche Alternative zu Stanzund Paketierprozessen von Elektroblech
- Weiterentwicklung einer flexiblen und automatisierten Herstellung einer komplexen Statorwicklung zur Erhöhung des Kupferfüllgrades
- Entwicklung eines Verfahrens zur unwuchtminimalen Montage von Rotorkomponenten
- Realisierung der Produktionskette im Produktionstechnischen Labor E-Antriebe des Instituts für Produktionstechnik
- Ca. 20% Gewichtseinsparung im Vergleich zum Referenzmotor gleicher Leistungsklasse
- Aktuelle Weiterentwicklung der im Projekt entstandenen Technologien

ProLemo-Motor