Aluminium statt Kupfer in der Wicklung, Ferrit statt Seltener Erden im Magneten: So will das Fraunhofer IFAM in Dresden Motoren für Elektrofahrzeuge entwickeln. Gebaut wird zunächst keine Serie, sondern eine Forschungsinfrastruktur, die auch Mittelständler aus Sachsen für eigene Projekte nutzen sollen.
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Das Fraunhofer-Institut IFAM hat am 11. November in Dresden den Start des Projekts SIREN gemeldet.[1] Bis Ende 2028 entsteht dort mit mehr als 2 Millionen Euro vom Freistaat Sachsen und aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung eine Prozesskette für Elektromotoren, die ohne Seltene Erden auskommen sollen.
Das Wichtigste in Kürze
- SIREN baut in Dresden eine Prozesskette auf, die Rotorbleche aus mehreren Metallen im Sinterverfahren additiv fertigt.[1]
- Ziel sind Reluktanzmotoren und ferriterregte Permanentmagnetantriebe ohne Seltene Erden, dazu Wicklungen aus Aluminium statt Kupfer.
- Die Förderung von mehr als 2 Millionen Euro läuft bis Ende 2028.
- Leistungsdaten, Kosten und Industriepartner nennt die Mitteilung nicht.
Wie funktioniert ein Elektromotor ohne Seltene Erden?
Im Permanentmagnetmotor sitzen Magnete mit Seltenen Erden im Rotor, laut ZF-Entwickler Stephan Demmerer das teuerste und kritischste Bauteil im E-Motor. Bei den schweren Seltenen Erden wie Dysprosium hängt Europa an China.
SIREN verfolgt zwei Auswege. Beim Reluktanzmotor besteht der Rotor aus einem geformten Blechpaket ohne Magnet, das Feld des Stators richtet ihn aus. Beim Ferritantrieb ersetzen Ferritmagnete die Seltenerd-Magnete, sie sind billiger, aber schwächer (Einordnung der Redaktion).
Im Rotor müssen magnetisch leitende und nichtmagnetische Zonen in einem Bauteil sitzen, damit er das Feld lenkt (Einordnung der Redaktion). Diese Zonen sollen die Multimaterial-Blechpakete liefern, die das Institut additiv im Sinterverfahren aufbaut. Solche Geometrien sind laut IFAM mit konventionellen Verfahren schwer oder gar nicht herstellbar.[1]
Neu ist der Ansatz nicht. BMW setzt in der Neuen Klasse einen stromerregten Synchronmotor ein, dessen Rotorfeld statt Permanentmagneten eine mit Gleichstrom erregte Wicklung erzeugt.[2] ZF zeigte am 5. November einen Antrieb, der nach eigenen Angaben mit 50 Prozent weniger Magnetmasse auskommen soll. Europaweit einzigartig sei die Kombination der Verfahren in Dresden, sagt das IFAM.[1]
Kann Aluminium das Kupfer in der Wicklung ersetzen?
Aluminium leitet schlechter. Das IFAM nannte 2019 für Kupfer rund 58 und für Aluminium rund 36 Megasiemens je Meter, ein Aluminiumleiter braucht deshalb einen größeren Querschnitt.[3] Im aktiven Teil des Motors wiegt Aluminium dagegen deutlich weniger: Laut dem Institut sind bis zu 50 % weniger Gewicht bei nahezu gleichem Wirkungsgrad möglich.[3] Der Anreiz ist groß, denn Kupfer notiert 2026 mit über 11.000 Euro je Tonne auf Rekordniveau.
Der Haken ist die Kontaktierung. Aluminium- und Kupferteile zuverlässig zu verbinden, war bisher schwierig, weil an der Grenzfläche intermetallische Phasen entstehen und den Widerstand erhöhen. Als aussichtsreich gilt das Ultraschallschweißen bei Temperaturen unter 300 Grad.[3] SIREN will die Aluminiumwicklungen zusätzlich mit eigenen Kühlkanälen verbessern.[1]
Was heißt das für Zulieferer und Einkäufer?
Serienmotoren sind aus Dresden vorerst nicht zu erwarten. Die Infrastruktur soll für gemeinsame Projekte mit Firmen aus Antriebstechnik, Zulieferindustrie und Sintertechnik offenstehen, ein besonderer Fokus liegt auf kleinen und mittleren Unternehmen in Sachsen.[1] Wie umkämpft das Geschäft mit Magneten ist, zeigt auch der Streit zwischen GM und der Vacuumschmelze um einen Liefervertrag.
Magnete lassen sich nicht über Nacht ersetzen. Dass Dresden bei der Fertigung ansetzt und nicht bei der nächsten Mine, ist die ehrlichere Antwort auf die Abhängigkeit von China.
Markus Seyfferth, Chefredakteur Dr. Web
Einkäufer von Antriebssystemen sollten bei Lieferanten gezielt nach Magnetmasse und Seltenerd-Anteil fragen. Entwickler können Reluktanz- und stromerregte Motoren als Alternative mitrechnen und prüfen, ob SIREN bis 2028 Demonstratoren mit belastbaren Leistungsdaten liefert.
Quellen
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