Großserientaugliches Herstellverfahren für neuartige elektrische Axialflussmotoren (GroAx)

Problemstellung
Ein Kostentreiber bei den bisher angedachten Elektrofahrzeugen sind die Schutzmaßnahmen, die wegen der hohen Batteriespannungen, typischerweise im Bereich von 300-600 Volt, aus Sicherheitsgründen erforderlich sind. Ein neuartiger, sogenannter Axialflussmotor bietet allerdings durch seine innovative Bauweise und seine hohe Effizienz die Möglichkeit, ihn im Niederspannungsbereich unter 60 Volt zu betreiben, so dass besondere Schutzmaßnahmen entfallen können. 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. Komplexität und Kosten lassen sich dadurch erheblich reduzieren. Gleichzeitig ist der Motor relativ kompakt. Prototypen des neuartigen Axialflussmotors sind bislang erfolgreich in verschiedenen Elektrofahrzeugen getestet worden. Zurzeit werden diese Motoren in Kleinserien vorwiegend handgefertigt. Die Fertigungsverfahren sind für größere Stückzahlen und Lose jedoch nicht geeignet.

Projektziele und Vorgehensweise
Im Forschungsprojekt GroAx sollen vorhandene Fertigungsschritte durch solche großseriengerechte Prozesse ersetzt werden, die für eine wirtschaftliche Produktion der Axialflussmotoren notwendig sind. Verbunden sind damit auch neue Möglichkeiten zur Gestaltung von Baugruppen und Komponenten des Motors, deren Funktionsfähigkeit im Projekt getestet wird. Im Projekt werden großseriengerechte Prozesse für die Herstellung von Motorgehäuse, Stator und Rotor entwickelt. Unter anderem wird ein innovatives dreidimensionales Wickelverfahren zur Herstellung der Rotorglocke erarbeitet. Dieses ersetzt das derzeit eingesetzte, arbeitsaufwändige Laminierverfahren, bei dem viele vorgefertigte Bauteile positioniert und unter Druck mit Harz vergossen werden. Darüber hinaus ist der Ersatz der sensorgestützten Regelung durch eine sensorlose vorgesehen. Unter Berücksichtigung der erarbeiteten Fertigungsoptimierungen soll eine Planung für eine Fertigung mit einer Kapazität von 50.000 Stück pro Jahr erstellt werden.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Die im Projekt GroAx entwickelten Verfahren ermöglichen eine Großserienfertigung des Axialflussmotors und lassen gleichzeitig eine Reduktion der Herstellkosten um über 60 Prozent, bei optimierten technischen Eigenschaften, erwarten. Dadurch wird der angestrebte Einsatz des Axialflussmotors in großen Stückzahlen in leichten Elektrofahrzeugen realistisch. Hierzu gehören beispielsweise PKW, Zweiräder und leichte Lieferfahrzeuge. Ebenso kann er als elektrischer Antrieb für Nebenaggregate bei Bau- und Landmaschinen dienen. Insbesondere für kleinere Versionen besteht eine breite Einsatzmöglichkeit bei vielen, auch nicht mobilen Antriebs- und Stellaufgaben. Um diese Märkte zu erschließen arbeitet der Konsortialführer eng mit mehreren deutschen OEM zusammen.

• CirComp GmbH
• Compact Dynamics GmbH
• Hochschule für angewandte Wissenschaften Landshut - Fakultät Elektrotechnik/Wirtschaftsingenieurwesen
• Institut für Verbundwerkstoffe GmbH
• MS-Schramberg Sinter GmbH & Co. KG
• Schwarzpunkt Schwarz GmbH & Co. KG
• Technische Universität Chemnitz