Projektbeschreibung
Elektrofahrzeuge bieten die Möglichkeit, umweltbewusst mobil zu sein. Herzstück dieser Fahrzeuge sind wirkungsstarke Elektromotoren, die jeweils aus einem feststehenden Teil (Stator) und einem bewegten Teil (Rotor) bestehen. Der Stator ist mit Kupferdrahtspulen umwickelt, der Rotor enthält Dauermagnete. Fließt Strom durch die Kupferspulen entstehen Magnetfelder, denen der Rotor mit seinen Dauermagneten folgt. Seine Bewegung wird über ein Getriebe auf die Antriebsachse des Fahrzeuges übertragen. Stator und Rotor sind dabei nicht massiv gefertigt, sondern bestehen jeweils aus einem Stapel Elektrobleche, die aufeinandergesetzt und zu sogenannten Paketen fixiert werden. Elektrofahrzeuge sollen mit der in Batterien gespeicherten Energie möglichst große Strecken fahren können. Hierzu werden Elektromotoren benötigt, die einen möglichst hohen Wirkungsgrad besitzen. Der Wirkungsgrad eines solchen Elektromotors steigt, wenn die geometrische Form sowohl von Rotor und Stator optimiert wird und die Bleche von Stator- und Rotorstapel möglichst dünn sind. Bislang konnten sich Elektrofahrzeuge noch nicht am Markt durchsetzen, weil sie erstens in ihrer Reichweite eingeschränkt und zweitens zu teuer sind. Einen deutlichen Anteil an den Herstellungskosten hat dabei die Fertigung der Statoren und Rotoren.
Diese Thematiken greift das Forschungsprojekt ProStaR mit der Entwicklung einer Produktionstechnologie für die Herstellung von Stator- und Rotorpaketen auf. Es soll sowohl die Senkung der Herstellkosten als auch die Wirkungsgradverbesserung von Elektromotoren erreicht werden.
Um alle Optimierungspotentiale zu berücksichtigen, wird die gesamte Herstellungskette betrachtet. Die Herstellkosten sollen dazu durch eine in das Stanzwerkzeug integrierte und durch Wärme aktivierte Klebtechnik gesenkt werden, da hier Potentiale bestehen, die bisherigen Prozessschritte zu reduzieren. Der Innovationsansatz liegt in der Entwicklung und Integration der Prozessschritte, indem nicht wie bisher eine zusätzliche Ofenstrecke zum Aushärten der Klebschichten zwischen den einzelnen Blechlagen benötigt wird. Der Wirkungsgrad soll über eine optimierte Rotor- und Statorgeometrie, optimierte elektrische Isolationsschichten und optimiertem Elektroband verbessert werden. Darüber hinaus muss eine innovative Werkzeugtechnologie entwickelt werden, in der aus den Blechbändern die Bleche für die Statoren und Rotoren ausgestanzt und miteinander verklebt werden.
Die Optimierung der gesamten Herstellungskette von Stator- und Rotorpaketen bei dem beteiligten Fahrzeughersteller führt zur Steigerung der täglichen Stückzahl von derzeit 20 auf 400 Motoren. Es wird eine deutliche Senkung der Herstellkosten und eine Steigerung des Wirkungsgrades der Elektromotoren erwartet. Darüber hinaus sind die Projektergebnisse nicht nur für den Bereich der Elektrofahrzeuge relevant, sondern können auch in weiteren Bereichen der Technik, z.B. für industrielle Anlagen und Roboter, Anwendung finden.
