Über das Projekt KOHANA

Eine nachhaltige Dekarbonisierung des Straßengüterverkehrs kann nur durch eine Elektrifizierung des Antriebsstrangs erfolgen. Hier liegt deshalb ein Hauptaugenmerk auf dem Elektromotor. Dieser muss nicht nur besonders zuverlässig sein und eine lange Lebensdauer haben, er muss zudem trotz seiner leistungsbedingten Größe innerhalb des Fahrzeugs auf vergleichsweise kleinem Raum installiert werden, also auch selbst entsprechend kompakt sein. Hierfür werden aufwändige und oft komplexe Kühlkonzepte benötigt.

Hinzu kommt, dass im Bereich der Nutzfahrzeuge aufgrund der verschiedenen Gewichtsklassen viele Motorvarianten bei vergleichsweise geringen Stückzahlen zu erwarten sind. Für die Entwicklung neuer Motorenmodelle ist außerdem wenig Budget vorhanden, auch die Investitionsbudgets für Werkzeuge zur wirtschaftlichen Fertigung solcher Motoren sind limitiert.

Das Förderprojekt KOHANA adressiert all diese Herausforderungen durch einen zweigeteilten Lösungsansatz. Zum einen wird ein automatisierbarerer Entwurfsprozess erstellt, der sowohl verschiedene Ingenieursdisziplinen vereint als auch funktionale und fertigungstechnische Anforderungen berücksichtigt. Kombiniert wird der automatisierte Antriebsentwurf mit dem 3D-Druck der Hairpin-Wicklung. Durch diesen innovativen Fertigungsprozess ist es möglich, vielfältige Varianten ohne hohe Anfangsinvestitionen herzustellen.

Hairpin-Technologie zur Optimierung der elektrischen Antriebsachse

Schon heute gibt es unterschiedliche Ansätze, um Schwerlastfahrzeuge zu elektrifizieren. Dabei konzentrieren sich einige Ansätze auf die Optimierung der elektrischen Antriebsachse des Fahrzeugs durch den Einsatz von Hairpin-Technologie. Dabei handelt es sich um eine Wickeltechnologie für Statoren, also den unbeweglichen Teil in elektrischen Motoren und Generatoren, die es ermöglicht, die Kupferleiter im Stator dichter zu packen und somit mehr Kupfer in die Elektromotoren zu bringen. Die Folge: Leistungssteigerung bei gleichem Volumen des Stators. Zudem lassen sich Hairpin-Statoren besser kühlen.

Problematisch war bei diesem Ansatz bisher, dass die Technologie in der Fertigung sehr komplex ist, insbesondere in Bezug auf die notwendigen Biege- und Schweißprozesse. Außerdem werden für die Fertigung spezielle Werkzeuge benötigt.

Durch den in KOHANA verfolgten integrierten Ansatz können einerseits die Produktionskosten gesenkt und zudem die Entwicklung verschiedener Varianten beschleunigt werden. Außerdem ermöglicht erst der automatisierbare Entwicklungsprozess die Freiheitsgrade des 3D-Drucks optimal auszunutzen.

Unser Ansatz zur Lösung der Probleme von elektrischen Antriebssystemen in Nutzfahrzeugen

Im Rahmen des Projekts entwickeln die Projektpartner von KOHANA einen Elektromotor, der mit einer 3D-gedruckten Wicklung ausgestattet ist. Die Entwicklung basiert dabei auf einem automatisierbaren Entwicklungsprozess, der verschiedene Ingenieursdisziplinen vereint. Damit löst das Projekt KOHANA gleich mehrere, typischerweise bestehende Probleme von elektrischen Antriebssystemen in Nutzfahrzeugen, wie Variantenvielfalt bei relativ geringen Stückzahlen, Budgetlimits im Bereich Motorenentwicklung und sehr beengte Raumverhältnisse innerhalb des Motors von elektrischen Nutzfahrzeugen.

Unsere Ziele

Bei der Entwicklung und Erprobung des KOHANA-Motorenmodells ist das übergeordnete Ziel die Optimierung des Antriebsstrangs elektrifizierter Nutzfahrzeuge, um den Markthochlauf elektrifizierter Nutzfahrzeuge voranzutreiben.

Teilziele innerhalb des Projektes sind die schrittweise Erprobung des Demonstrators und der damit verbundene Erkenntnisgewinn in mehreren Bereichen. Dazu gehört die additive Fertigung durch eine Industrialisierung des 3D-Drucks von Kupfer-Leiterwerkstoffen (Hairpin-Stator) und das automatisierte Entwerfen von elektrischen Antrieben.

Das Projekt KOHANA setzt auf eine enge Kooperation und inhaltliche Interaktion der drei beteiligten Partner. Als Achsenhersteller bringt die BPW Gruppe die Anwendungsperspektive in Form von Spezifikationen und Bauräumen in das Projekt ein und übernimmt gleichzeitig die Rolle des Systemintegrators. Dabei sind spezifische Fragen der Ausgestaltung der E-Achse im Nutzfahrzeug, insbesondere in Bezug auf die thermische Auslegung des Gesamtsystems zu lösen.

Die Additive|Drives Gmbh übernimmt als Spezialist in der Additiven Fertigung von Komponenten für elektrische Maschinen die Aufgabe der Weiterentwicklung und Ausgestaltung der Fertigungsverfahren für die additive Herstellung der Kupfer-Wickelköpfe von Nutzfahrzeugelektroantrieben mit Hairpin-Wicklung. Additive Drives fokussiert sich somit auf die Perspektive der Fertigungstechnik im Projekt.

Am Fraunhofer IFAM konzentrieren sich die Arbeiten auf die optimale Ausgestaltung automatisierter Auslegungen der Wickelkopfgeometrie unter Berücksichtigung sowohl elektrischer bzw. elektromagnetischer als auch fertigungstechnischer Einflüsse. Das Fraunhofer IFAM nimmt die Perspektive der Auslegung und Gestaltung der E-Maschine bzw. des Hairpin-Stators ein.

Mehr über unsere Projektpartner

Laufzeit des Projekts:

01.07.2022 bis 30.06.2025