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Ohne seltener Erden RWTH Aachen, Universität Stuttgart und FAU Erlangen entwickeln magnetfreien Elektromotor

Von Stefanie Eckardt 2 min Lesedauer

Im Forschungsprojekt NAFTech haben die RWTH Aachen, die Universität Stuttgart und die FAU Erlangen einen Elektromotor als Traktionsantrieb erarbeitet, der auf den Einsatz seltener Erden verzichtet. Die Partner haben dafür ein neues Konzept basierend auf einer Axialfluss-Synchronreluktanzmaschine entwickelt.

Schema einer physisch noch nicht existenten Axialfluss-Synchronreluktanzmaschine(Bild: IEEE Xplore | RWTH Aachen)
Schema einer physisch noch nicht existenten Axialfluss-Synchronreluktanzmaschine
(Bild: IEEE Xplore | RWTH Aachen)

Seltene Erden sind für Elektrofahrzeuge, aber auch Smartphones oder Windkraftanlagen unverzichtbar sind. Bis 2030 soll sich die Nachfrage nahezu versechsfachen. Allerdings ist ihr Einsatz nicht unumstritten. Zum einen befindet sich der Großteil der Vorkommen in China. Das Reich der Mitte kontrolliert über 70 Prozent der Förderung und rund 90 Prozent der Verarbeitung. Neben der Abhängigkeit von einem Staat, der Menschenrechte unterdrückt, stehen umweltschädliche Abbauprozesse in der Kritik. Allerdings bringen bisher nur Axialflussmaschinen (AFM) mit seltenen Erden ein hohes Maß an Kompaktheit, Effizienz und hoher Drehmomentdichte.

Topologie, Multi-Domänen-Maschinendesign und Produktionsmethoden betrachten

Um den Einsatz von seltenen Erden zu vermeiden, gelten Radialfluss-Synchronreluktanzmaschine (RF-SynRM) als nachhaltige, robuste und überlastfähige Alternative. Diese bringt jedoch wiederum zwangsläufig Abstriche beim Bauraum und bei der Drehmomentdichte mit sich. Im Projekt NAFTech setzen sich der Lehrstuhl Production Engineering of E-Mobility Components der RWTH Aachen, das Institut für Elektrische Energiewandlung (iew) der Universität Stuttgart und dem Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS) der FAU Erlangen daher mit dem Konzept einer Axialfluss-Synchronreluktanzmaschine (AF-SynRM), die die jeweiligen Vorteile von AFM und RF-SynRM miteinander verbindet. „Axialflussmaschinen werden derzeit in relativ geringen Stückzahlen mit noch nicht ausgereiften Fertigungsverfahren und besonderen Anforderungen an Toleranzen und Designprozesse hergestellt“, erklärt PEM-Leiter Professor Achim Kampker. Das Projekt verfolge deshalb eine integrierte Betrachtung von Topologie, Multi-Domänen-Maschinendesign und Produktionsmethoden, unterstützt von einer datenbasierten Optimierung der sogenannten Toleranzketten. Dazu sollen die simulative Auslegung des Maschinendesigns und die Eignung der Fertigungsverfahren mit Hilfe eigens errichteter Teildemonstratoren validiert werden.

Niedrigere Materialkosten

Die AF-SynRM verspreche vor allem für kleine und mittelständische Unternehmen (KMU) wirtschaftliche Vorteile, weil sie stabile Produktionskosten ermögliche und die Abhängigkeit von volatilen Preisen reduziere, wie sie bei Seltenerdmagneten vorherrschen. „Außerdem verringert ein magnetfreier Motor die Materialkosten generell um bis zu 50 Prozent, was die Wettbewerbsfähigkeit von KMU stärkt und die Barrieren für den Markteintritt senkt“, betont Kampker. Darüber hinaus wachse stetig der Druck, nachhaltige Lösungen zu entwickeln, um CO₂-Emissionen zu reduzieren und gesetzliche Vorgaben zu erfüllen. Frühzeitige Investitionen in magnetfreie Technologien können einen Wissensvorsprung für KMU bedeuten und Chancen in wachstumsstarken Märkten eröffnen. (se)

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