Hocheffizienter Elektromotor mit additiv gefertigtem Kühlsystem in Kunststoffumspritzung (HEaK)

Für den flächendeckenden Einsatz emissionsfreier Mobilitätslösungen werden zunehmend hocheffiziente Elektromotoren benötigt. Im Projekt HEaK werden additive und subtraktive Fertigungsprozesse gezielt kombiniert, um ein innenliegendes Kühlsystem für einen Traktionsmotor zu befähigen. Hierfür gilt es, eine multidisziplinäre Auslegung des elektromagnetischen Kreises und der Kühlung in der Statornut zu realisieren. Durch eine Weiterentwicklung der Hairpin-Technologie werden die produktionstechnischen Rahmenbedingungen geschaffen, die das Einbringen von Kühlkanälen in die Nut ermöglichen. Zur Erzeugung der Kühlkanäle werden additiv gefertigte Abschnitte mit hochwärmeleitfähigem Kunststoff umspritzt. Um ein Kollabieren der Kanäle durch den Spritzdruck zu verhindern, werden diese als geschlossene, mit Pulver gefüllte Körper im Laser Powder Bed Fusion (LPBF) Verfahren hergestellt. Nach dem Umspritzen können die additiv gefertigten Kanäle durch den Einsatz eines subtraktiven Verfahren geöffnet und das Pulver entfernt werden. Mittels virtueller Prozessabbildung wird die Fertigbarkeit des Konzepts sichergestellt und durch die Umsetzung eines Prototyps praktisch nachgewiesen. Dieser wird anschließend auf dem Prüfstand validiert. Das neuartige Konzept ermöglicht eine signifikante Steigerung der Leistungsdichte und damit eine Verschiebung der Wertschöpfung vom Rohstoff hin zur Entwicklung und Fertigung.

Das KIT-FAST hat im Projekt den Fokus auf der virtuellen Prozessabbildung der Umspritzung der additiv gefertigten Abschnitte im Statorverguss. Unter Anwendung von Fluid-Struktur-Interaktionen wird eine eventuelle Schädigung der pulverfüllten Strukturen abgebildet und so die Fertigbarkeit virtuell verifiziert.