PerKuel - Performanter ressourcenschonender Kunststoff Elektromotor; Teilvorhaben: Produktentwicklung und Prozessentwicklung sowie Prototypenherstellung - Fraunhofer ICT

Abstract

Im Rahmen des Projekts PerKuel wurde ein neuartiges Kühlkonzept für Elektromotoren entwickelt und experimentell untersucht. Ziel war die Integration einer innenliegenden Wasser-Glykol-Kühlung direkt in den Stator, um die Wärmeabfuhr zu verbessern, die Leistungsdichte zu steigern und gleichzeitig Bauraum sowie Materialeinsatz zu reduzieren. Hierzu wurden verschiedene Design- und Fertigungsansätze für eine kunststoffumspritzte Statoren untersucht. Durch den Einsatz hochwärmeleitfähiger Kunststoffe im Transfer-Molding-Verfahren konnte eine direkte thermische Anbindung zwischen Wicklung, Stator und Kühlkanälen realisiert werden. Umfangreiche Untersuchungen zu Materialkombinationen, Oberflächenvorbehandlungen und Prozessparametern ermöglichten die Entwicklung eines robusten Fertigungsprozesses. In Vorversuchen wurden grundlegende Fertigungsgrenzen identifiziert und Optimierungen hinsichtlich Haftung, Entformbarkeit, Kühlkanalgestaltung und Bauteilqualität abgeleitet. Zusätzlich wurde das Potenzial einer umspritzten Nutisolation zur Verbesserung der Wärmeabfuhr und zur Vereinfachung zukünftiger Fertigungsprozesse untersucht. Die abschließenden Demonstratorversuche mit realitätsnahen Motorsegmenten bestätigten die technische Umsetzbarkeit des PerKuel-Konzepts. Durch gezielte Prozessoptimierungen konnte die Dichtheit der integrierten Kühlkanäle gewährleistet werden. Neben dem Stator wurde zudem ein Kunststoff-Metall-Hybridgehäuse betrachtet. Die Untersuchungen zeigten Potenziale zur Gewichtsreduzierung und zur ressourcenschonenden Gestaltung elektrischer Antriebe.