Filament-basierte additive Fertigung für material- und kosteneffiziente Einzelspulen elektrischer Antriebe (VCoil)
Projektziel
Elektrische Antriebe sind ein wesentlicher Baustein für einen klimaverträglicheren Luftverkehr. Für (hybrid-)elektrische Flugzeuge sind insbesondere geringe Masse und hohe Dauerleistungsdichte entscheidend. Konventionelle Statorwicklungen aus Rund- oder Profildraht nutzen den verfügbaren Nutraum jedoch nur begrenzt und erreichen typischerweise Nutfüllgrade von etwa 50 bis 60 %. Daraus ergeben sich Einschränkungen bei Leistungsdichte, Bauraum und Materialeinsatz. VCoil untersucht deshalb V-förmige Einzelspulen, die durch umformtechnische und additive Fertigungsansätze einen Nutfüllgrad von bis zu 90 % ermöglichen sollen. Zusätzlich sind zu untersuchen: die Umsetzbarkeit einer geeigneten Isolation, der Einsatz einer direkten Leiterkühlung sowie die Verarbeitbarkeit verschiedener Leitermaterialien. Die elektrische, thermische und mechanische Zuverlässigkeit sind für den Einsatz im eAircraft nachzuweisen.
Die HTW Dresden verantwortet die Auslegung der elektrischen Maschine und deren experimentelle Untersuchung. Ausgehend von der Anforderungsanalyse wird ein zweistufiges Vorgehen verfolgt. In der ersten Stufe erfolgen die Auslegung und die experimentelle Untersuchung von Motoretten mit V-förmigen Einzelspulen. In der zweiten Stufe werden die gewonnenen Ergebnisse zunächst in die multiphysikalische Auslegung eines Labormusters, übertragen, speziell für den Direktantrieb eines elektrischen Kleinflugzeugs. Anhand experimenteller Untersuchungen an den Labormustern soll die Steigerung der Leistungsdichte durch den Einsatz V-förmiger Formspulen in Kombination mit der direkten Leiterkühlung validiert werden, wobei eine Dauerleistungsdichte im Bereich (7…8) kW/kg angestrebt wird. Darüber hinaus sollen Rückschlüsse aus dem Variantenvergleich der Maschinen mit umformtechnisch und additiv gefertigten Formspulen gezogen werden, um eine Optimierung der Herstellungsprozesse zu ermöglichen.
Das FuE-Projekt leistet somit einen wesentlichen Beitrag zur nachhaltigen Fertigung elektrischer Antriebskomponenten, die durch hohe Material- und Energieeffizienz sowie innovative Fertigungsansätze neue Maßstäbe in der Luftfahrt setzen können.
Förderkennzeichen
20M2434F
Gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen des Luftfahrtforschungsprogramms LuFo VII-1
Laufzeit
01.04.2026 - 31.03.2029
Projektträger
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)