PEM-Forscher wollen Kühlung von Elektromotoren verbessern
Konkret nennt sich das auf zwei Jahre befristete Projekt „Produktionstechnische Befähigung der Hairpin-Stator-Prozesskette zur Verarbeitung von rechteckigen Hohlleitern für die Anwendung in Traktionsantrieben“ (HNTR). Am Projekt beteiligt ist Hyperdrives, ein Münchner Entwickler von elektrischen Motoren mit verbesserter Kühlung.
Ziel des Forschungsvorhabens ist es, die Herstellungsverfahren für Hairpin-Statoren von Elektromotoren so zu modifizieren, dass künftig die Verarbeitung rechteckiger Hohlleiter möglich ist. Das würde den Vorteil bringen, dass Elektromotoren künftig direkt gekühlt werden könnten statt wie bislang üblich nur indirekt.
Bei der Hairpin-Bauweise handelt es sich um einem Steckspulenaufbau aus massiven elektrischen Leitern. Diese Technologie verdrängt zunehmend die konventionellen Drahtwickeltechniken und gilt als zentrales Innovationsfeld für Elektromotoren.
„Die thermische Auslegung von E-Motoren – vor allem, wenn ihre Kompaktheit und ihre Leistungsfähigkeit beibehalten werden sollen – gehört zu den aktuellen Herausforderungen in der Elektromobilitätsproduktion“, sagt PEM-Leiter Professor Achim Kampker. Der Einsatz von Hohlleitern könne eine direkte Kühlung der Wicklung ermöglichen.
Bei Hohlleitern handelt es sich in diesem Zusammenhang um Kupferleiter mit einer durchgängigen Kavität. Äußerer Querschnitt und Höhlung können unterschiedlich ausgeprägt und somit rechteckig, kreisförmig oder andersartig beschaffen sein. Bei direkter Kühlung mit Hilfe von Hohlleitern durchströmt ein Kühlmedium die Leiter und führt so die im aktiven Teil der Wicklung entstehende Wärme ab. „Hohlleiter bergen vor diesem Hintergrund ein wesentliches Potenzial in der Effizienz- und Leistungssteigerung elektrischer Antriebsmaschinen“, betont PEMs Projektverantwortlicher Till Backes.
Das Verfahren ist bereits von Industriegeneratoren bekannt, jedoch sind die Rotordurchmesser von Industriegeneratoren bis zu 13-mal größer als die von üblichen Elektromotoren. „Biege- und Kontaktierverfahren aus dem Generatorenbau zur Herstellung der Statorwicklungen sind daher nicht ohne Weiteres auf die wesentlich kleineren Elektromotoren übertragbar“, sagt PEM-Leiter Kampker: „Auch vor dem Hintergrund der im Automobilsektor strengen Qualitätsvorgaben und hohen geforderten Stückzahlen.“
Erst vor kurzem hatte das PEM auch das Projekt „SchnelleZelle“ gestartet, das daran arbeitet, die Schnellladefähigkeit prismatischer Lithium-Ionen-Batterien zu optimieren. Zudem legte das PEM vor kurzem mit Partnern eine Studie zur künftigen Herstellung von Festkörperbatterien in Europa vor.
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