Hybride Elektrobleche für effiziente Antriebe

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F&E:

Effizientere Elektromotoren durch innovative Fertigungsmethoden: Das Fraunhofer IFAM entwickelt mit Partnern in einem neuen Projekt hybride Elektrobleche für Elektroantriebe.

Zentrales Entwicklungsziel des Forschungsprojekts „InnoBlech“ ist die Bereitstellung mechanisch und magnetisch verbesserter Blechpakete für die Rotoren von Reluktanz- oder Permanentmagnet-Synchronmotoren durch ein ressourceneffizientes 3D-Siebdruck-Verfahren.

Die Siebdrucktechnologie macht es nicht nur möglich, Elektrobleche dünner und damit effizienter herzustellen, sondern es können auch verschiedene Materialien oder Legierungen nebeneinander oder aufeinander appliziert werden.
So können Elektrobleche mit neuen Designs ausgelegt und mit lokal angepassten magnetischen Eigenschaften gefertigt werden.

Der technologische Ansatz besteht darin, verschiedene weichmagnetische Materialien oder alternativ weichmagnetische und nichtmagnetische eisenbasierte Legierungen im Siebdruckprozess durch Ko-Sinterung zu kombinieren. Im Einzelnen werden folgende konkreten Entwicklungsziele adressiert:

die mechanische Stabilität steigern
die magnetischen Streuverluste verringern
die Wärmeabfuhr verbessern
die Blechdicke verringern

Gedrucktes Hybrid-Elektroblech aus einer Kombination von magnetischer und nichtmagnetischer Legierung
Quelle: Fraunhofer IFAM

Die Herstellung der hybriden Bleche soll zunächst für Muster im Technikumsmaßstab, danach für erste Demonstrator-Motoren auf einer Pilotlinie erfolgen. Von diesen hybriden Elektroblechen wird höhere Motorperformance und -effizienz erwartet. Der Autohersteller Ford, der neben Siemens, der TU Darmstadt und der Ekra Automatisierungs GmbH zu den Projektpartnern gehört, erwartet bei den Motoren für E-Fahrzeuge einen niedrigeren Stromverbrauch pro gefahrenen Kilometer. Dies soll im Projekt anhand eines Motor-Prototypen auf einem Prüfstand validiert werden.

Das Fraunhofer IFAM in Dresden bringt im Projekt sein Know-how zu pulvermetallurgischen Fertigungsverfahren, wie dem metallischen Siebdruckprozess, ein. Die Hauptaufgaben des Institutes im Konsortium sind

die Materialcharakterisierung geeigneter Werkstoffe,
die Auswahl geeigneter Pulver,
die Pastenentwicklung
und die Optimierung des Druckprozesses und der Wärmebehandlung der hybriden Elektrobleche.

Stichwort: Elektrobleche

Um in einem Elektromotor Strom in Bewegungsenergie umzuwandeln, müssen Magnetfelder erzeugt werden. Das passiert in den sogenannten Elektroblechen, die ein Hauptbestandteil der Motoren sind. Eisenkerne aus Vollmaterial sind bei Maschinen und Transformatoren kaum sinnvoll nutzbar, denn durch den Einfluss der Magnetfelder entstehen in ihnen Wirbelströme. Dadurch sinkt die Effizienz bei der Übertragung elektrischer Leistung. Stattdessen werden Pakete aus geschichteten Blechen verwendet. Durch die Grenzflächen zwischen den einzelnen Blechen wird die Ausbreitung von Wirbelströmen reduziert.