16. Juni 2019 
 
23. April 2018

Hannover Messe: Vollständige Elektromotoren im 3D-Druck

Mithilfe von metallischen und keramischen Pasten gelang Forschern der TU Chemnitz erstmals der Druck von vollständigen elektrischen Motoren. Mit dem neuen Verfahren können "nahezu beliebige Motorgeometrien realisiert werden", erklärt Prof. Dr. Ralf Werner, Inhaber der Professur für Elektrische Energiewandlungssysteme und Antriebe, im Gespräch mit DIE MESSE.

Foto: TU Chemnitz / Jacob MüllerFoto: TU Chemnitz / Jacob Müller
Diese Statoren einer dreiphasigen wickelkopflosen Reluktanzmaschine wurden mittels 3D-Multimaterialdruck hergestellt.
Herr Prof. Dr. Werner, auf der Hannover Messe präsentieren Sie als Weltneuheit den Druck von vollständigen elektrischen Motoren. Was bildet die Grundlage dieses neuen Ansatzes?
Seit über 100 Jahren werden elektrische Maschinen industriell hergestellt. Die konventionellen Fertigungstechnologien sind weit entwickelt. Wesentliche Verbesserungen des Wirkungsgrades sowie der Drehmoment- und Leistungsdichte sind nur durch neue Werkstoffe oder neue Motortopologien möglich. Durch unser 3D-Druckverfahren können einerseits nahezu beliebige Motorgeometrien realisiert werden, welche sich mit der klassischen Fertigung durch Stanzen von Elektroblechen nicht verwirklichen lassen. Andererseits ermöglicht unser Druckverfahren den Einsatz von Keramik als Isolationswerkstoff mit weitaus besseren thermischen Eigenschaften im Vergleich zu den derzeit eingesetzten organischen Isolierstoffen.

Was zeichnet das selbst entwickelte 3D-Multimaterialdruckverfahren darüber hinaus aus?
Jede elektrische Maschine besteht hauptsächlich aus drei verschiedenen Materialklassen: erstens Leiterwerkstoffe (zum Beispiel Kupfer oder Aluminium), zweitens Magnetkreiswerkstoffe (zum Beispiel eisenhaltige Legierungen) und drittens Isolationswerkstoffe (zum Beispiel polymerbasierte Isolationsmaterialien oder Keramik).
Unser Druckverfahren wurde dahin gehend entwickelt, aus diesen drei unterschiedlichen Materialien gleichzeitig ein Werkstück zu drucken. Auf diese Weise lassen sich die guten thermischen Eigenschaften der Keramik ohne Einschränkungen hinsichtlich der Verarbeitbarkeit ausnutzen.

Bei dem Verfahren werden konventionelle polymerbasierte Isolationsmaterialien durch spezielle Keramiken ersetzt. Welche Eigenschaften weisen diese Keramiken auf?
Keramiken weisen gegenüber konventionellen polymerbasierten Isolationsmaterialien eine wesentlich höhere Wärmebeständigkeit auf. Während die derzeitigen organischen Isolationsmaterialien Wicklungstemperaturen bis etwa 180°C erlauben, sind mit Keramiken Temperaturen bis über 300°C zulässig. Bedingt durch die höheren Einsatztemperaturen muss jedoch die Wärmeausdehnung der Keramiken sorgfältig auf die Wärmeausdehnungen der metallischen Werkstoffe abgestimmt werden. Dies ist eine wichtige Voraussetzung für den Einsatz von Keramiken im 3D-Multimaterialdruck.

Das keramische Isolationsmaterial verfügt auch über eine höhere Wärmeleitfähigkeit. Warum ist das wichtig?
In den Wicklungen elektrischer Maschinen entstehen Verluste. Die Verlustwärme muss durch die Isolation hindurch an das Gehäuse und das Kühlmedium abgeführt werden. Dabei stellt die Isolation einen wesentlichen Widerstand für den Wärmestrom dar. Eine höhere Wärmeleitfähigkeit führt zu einem geringeren Temperaturunterschied zwischen Wicklung und Gehäuse und bedeutet demnach eine bessere Kühlung der Wicklung.
Die maximal zulässige Wicklungstemperatur bestimmt die zulässige Verlustleistung und damit gleichzeitig die maximale Leistung und das maximale Drehmoment der elektrischen Maschine. Somit erweisen sich die zulässige Wicklungstemperatur und die Kühlbedingungen als dominierende Faktoren für die Leistungs- und Drehmomentdichte elektrischer Maschinen. Dank der besseren thermischen Kopplung der Wicklung durch die keramische Isolation lassen sich das Drehmoment und die Leistung einer elektrischen Maschine bei gleichen Abmessungen erhöhen.

Welche Anwendungsszenarien gibt es künftig für das 3D-Multimaterialdruck-Verfahren?
Die Anwendungsszenarien können in zwei Hauptrichtungen unterschieden werden: Das sind erstens Maschinen mit besonders hoher Leistungsdichte und ­Überlastfähigkeit. Diese Maschinen nutzen vorrangig die gute Wärmeleitfähigkeit der keramischen Isolation aus. Anwendungen hierfür sind vor allem in der Automobiltechnik und der Luftfahrt zu finden. Zweitens können durch die Substitution organischer Isolierstoffe durch Keramik Antriebe für besonders hohe Umgebungstemperaturen realisiert werden.
Die Einsatzmöglichkeiten unseres 3D-Druckverfahrens sind jedoch nicht auf elektrische Maschinen beschränkt. Es kann überall dort eingesetzt werden, wo mehrere Materialien mit weitestgehender Geometriefreiheit miteinander zu kombinieren sind. Ein Beispiel für diese Anwendungen sind Wärmetauscher.

Ein Ausblick: Wie sieht Ihre weitere Roadmap aus?
Die Herstellbarkeit einer elektrischen Maschine mittels 3D-Multimaterialdruck konnten wir bereits grundsätzlich nachweisen. Jetzt stehen zwei Forschungsschwerpunkte im Fokus, welche im Zusammenhang zu betrachten sind.
Zum einen muss die gesamte Fertigungsprozesskette weiterentwickelt werden. Hauptziele sind dabei die Verbesserung der Prozesssicherheit und das Erreichen der industriellen Reife. Zum anderen sind neue Motortopologien zu entwickeln und zu untersuchen, mit denen sich die Vorteile des Druckverfahrens auch bestmöglich nutzbar machen lassen.

Herr Prof. Dr. Werner, vielen Dank für das Gespräch.

https://www.tu-chemnitz.de/etit/ema/
http://www.hannovermesse.de/

 

Weitere Nachrichten zu "Hannover Messe":


31. Mai 2019

CeMAT jetzt Teil der HANNOVER MESSE

Mit künftig sieben Ausstellungsbereichen stellt die HANNOVER MESSE die Weichen für weiteres Wachstum in den Kernsegmenten Industrie, Energie und Logistik. Die CeMAT ist nun auch ein Teil davon und zeigt 2020 in diesem Rahmen seine Lösungen für die Logistik-Branche. (mehr …)


24. Mai 2019

job and career at Hannover Messe zieht positive Bilanz

„Die Hannover Messe 2019 hat gezeigt, dass sie die international wichtigste Plattform für alle Technologien rund um die industrielle Transformation ist“, resümierte Dr. Jochen Köckler, Vorsitzender des Vorstands der Deutschen Messe AG, zum Abschluss der diesjährigen Hannover Messe. (mehr …)


24. April 2019

Industrielle Transformation prägt Hannover Messe 2019

Die wichtigsten Themen der Hannover Messe 2019 waren der Einsatz von Künstlicher Intelligenz in der Industrie und Robotik, die Potenziale der neuen Mobilfunkgeneration 5G in der industriellen Anwendung, Leichtbau und die Zukunft der Arbeit in Zeiten der zunehmenden Digitalisierung. (mehr …)


1. April 2019

Hannover Messe: Schweißroboter entlastet Werker

Bisher manuell durchgeführte Schweißarbeiten lassen sich mit sensorgeführten kollaborativen Robotern teilweise automatisieren. Dabei wird der Werker durch einen präzisen Roboterarm unterstützt, der ihm langwierige und körperlich ermüdende Arbeit abnimmt, erläutert Fraunhofer-Forscher Dr.-Ing. Christian Henke im Gespräch mit DIE MESSE. (mehr …)


1. April 2019

Hannover Messe: Smarte Weste stärkt den Rücken

Eine intelligente Softorthese, die Arbeitskräfte mit einer Echtzeit-Bewegungserkennung unterstützt, soll Erkrankungen des Rückens entgegenwirken. Mit ErgoJack präsentieren Fraunhofer-Forscher in Halle 17 am Stand C24 einen Prototyp der smarten Weste auf der Hannover Messe. (mehr …)



29. März 2019

Antriebs- und Fluidtechnik auf Hannover Messe

Die Hersteller der Antriebs- und Fluidtechnik liefern die entscheidenden Komponenten, wenn es um die Qualität von Maschinen und Anlagen geht. Zur Hannover Messe 2019 präsentiert sich die Branche erstmals komplett unter dem Dach der IAMD (Integrated Automation, Motion & Drives) in den Nordhallen des Messegeländes. (mehr …)


27. März 2019

Hannover Messe: SurfaceTechnology Area in Halle 5

Oberflächentechnik ist für alle Industriebranchen relevant. Wer sich für innovative Beschichtungsverfahren und Reinigungstechnologien für Oberflächen interessiert, sollte auf der Hannover Messe die SurfaceTechnology Area in Halle 5 besuchen. Die Hannover Messe findet vom 1. bis 5. April 2019 statt. (mehr …)


22. März 2019

Startschuss für 5G-Einsatz auf Hannover Messe

Die Hannover Messe 2019 gibt den Startschuss für den Einsatz des superschnellen Mobilfunks in der Industrie. Bei dem neuen Standard wird momentan noch viel über neueste Smartphones und Privat-Anwendungen diskutiert, aber gerade im industriellen Einsatz kann 5G seine vielen Vorteile voll ausspielen. (mehr …)


6. März 2019

Digital Energy auf Hannover Messe

Ob in der industriellen Produktion, ob im Gebäudebereich oder in der Mobilität: die Digitalisierung hat im Bereich Energiemanagement noch nicht das bewegt, was potenziell in ihr steckt. Welche weiteren Potenziale gehoben werden können, diskutieren Experten vom 1. bis zum 5. April 2019 auf der Hannover Messe. (mehr …)

 

MESSENAVIGATOR
MOBILITÄT
20.06.2019 bis 22.06.2019 in Gwangju
Green Car Korea
International Green Car Exhibition
03.07.2019 bis 06.07.2019 in Shanghai
AMTS
Shanghai International Automotive Manufacturing Technology & Material Show
04.07.2019 bis 06.07.2019 in Chennai
Automotive Engineering Show Chennai
Exhibition on technologies for automotive manufacturing
10.07.2019 bis 12.07.2019 in Mexico City
INA PAACE Automechanika Mexico City
Mexico's Leading International Trade Fair for the Automotive Service Industry targeting Trade Visitors from Latin and Central America
23.08.2019 bis 25.08.2019 in Johannesburg
South African Festival of Motoring
South Africa's only national motor show with oem participation
11.09.2019 bis 15.09.2019 in Jönköping
Elmia Husvagn & Husbil
Scandinavian Caravan Show
ALLE TERMINE

E-PAPER HANNOVER MESSE

SAVE THE DATE
Nächster Termin der Messe Hannover Messe: 20.04.2020 bis 24.04.2020

NEWSLETTER
Bleiben Sie auf dem neuesten Stand: Nutzen Sie unseren exklusiven Newsletter "Mobilität" und erfahren Sie alles aus der Welt der internationalen Messewirtschaft - kostenlos, einmal monatlich.
Ihre E-Mail-Adresse:
 
© 2018 by Connex AG