Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPTForschungsprojekt »fabulous«
Effizientere Motoren sparen Energie durch Leichtbaumaterialien
Die Elektromobilität gewinnt als emissionsarme Antriebstechnologie an Bedeutung für die nachhaltige Gesellschaft. Auch die Produktion von Elektromotoren gilt es dabei zu optimieren, um Produktqualität und Umweltbilanz zu verbessern. Im Forschungsprojekt »fabulous« sollen neue Leichtbaumaterialien dazu beitragen, das Gewicht von Elektromotoren zu reduzieren. Durch den Einsatz der neuen Werkstoffe steigt die Effizienz der Motoren und der Schadstoffausstoß der Mobilität sinkt. Herkömmliche thermoplastische faserverstärkte Kunststoffe, die über die erforderlichen Materialeigenschaften verfügen, sind jedoch für den Einsatz in der industriellen Großserie zu kostenintensiv. Die Partner im Projekt entwickeln deshalb neue Materialien zur Herstellung von Rotorkomponenten, die für die automobile Produktion kostengünstiger und qualitativ tauglich sind.
Neue Faserverbundkunstoffe für beständige Leichtbaukomponenten
Das »fabulous«-Projekt soll aufzeigen, dass sich die Effizienz elektrischer Antriebe unter Einsatz neuer Materialen für den Rotor eines Elektromotors verbessern lässt. Rotorkomponenten müssen starken Belastungen durch Temperatur und Chemikalien wie Ölen standhalten und daher über eine hohe Medienbeständigkeit verfügen. Die Projektpartner entwickeln dafür eine neue Kunststoffzusammensetzung auf Basis von aliphatischen und teilaromatischen Polyamiden (PPA). Dieser sogenannte PPA-Compound verfügt über eine hohe Temperatur- und Medienbeständigkeit und dient als Matrixwerkstoff für faserverstärkte undirektionale (UD) Tapes, die im Projekt entwickelt werden. Daraus lassen sich dann Bauteile herstellen, die die bisherigen schweren metallischen Komponenten in Teilen oder vollständig ersetzen. Die UD-Tapes werden in einem automatisierten Tapelegeverfahren zu sogenannten »Tailored Composite Blanks« verarbeitet. Diese Tapegelege werden in Formgebungungs- und Fügeprozessen, wie dem Hinterspritzen, die ebenfalls im Projekt entwickelt werden, zu einem Hybridbauteil aus faserverstärktem Kunststoff mit rein thermoplastischen Strukturen und metallischen Komponenten weiterverarbeitet. Dabei findet der Fügeprozess mit den metallischen Komponenten hauptzeitparallel statt. Zur Qualitätssicherung im laufenden Prozess dient eine sensorgestützte Prozessüberwachung, die Prozessrobustheit sicherstellt und die Ausschussrate verringert.
Fertigungstechnik für hybride Bauteile
Die Prozesskette, die im Projekt entwickelt wird, deckt alle Fertigungsschritte von der Tapeherstellung bis zum finalen Elektromotor ab. Das Fraunhofer IPT vernetzt dafür die Prozess- und Qualitätsdaten dieser Prozesskette. Durch eine Rückführung der Daten in die einzelnen Teilprozesse, können diese im Kontext der Gesamtprozesskette analysiert werden, wodurch die Teilprozesse aufeinander abgestimmt werden. Dadurch kann die Produktqualität verbessert, die Prozessrobustheit erhöht und die Ausschussrate reduziert werden. Zusätzlich entwickelt das Fraunhofer IPT die eigene System- und Prozesstechnik weiter, sodass die neuen UD-Tapes verarbeitet und mit metallischen Komponenten gefügt werden können. Sowohl Prozesse zur Verarbeitung der neuen Faserverbundkunststoffe als auch der automatisierte Prozess zum Fügen der metallischen Komponenten mit den Tapegelegen soll später als Grundlage für weiterführende Arbeiten im Bereich hybrider Materialkombinationen dienen, die für funktionalisierte Bauteile verwendet werden können.
Konsortium
- AKRO-PLASTIC GmbH, Niederzissen
- CirComp GmbH (Konsortialführer), Kaiserslautern
- FEV Europe GmbH, Aachen
- FKT Formenbau und Kunststofftechnik GmbH, Triptis
- Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT, Aachen
- Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF, Darmstadt
- Gubesch Thermoforming GmbH, Wilhelmsdorf
- M.TEC GmbH, Herzogenrath
- SURAGUS GmbH, Dresden