Elektromotoren treiben Fahrzeuge und Maschinen an. Für ihre Herstellung werden häufig Kupfer und Magnete mit seltenen Erden eingesetzt. Das Fraunhofer-Institut IFAM in Dresden will nun untersuchen, wie sich solche Antriebe mit anderen Materialien und neuen Fertigungsverfahren bauen lassen. Das Projekt SIREN erhält dafür bis Ende 2028 mehr als zwei Millionen Euro Förderung.
Im Mittelpunkt steht eine Forschungsinfrastruktur, mit der das Team Bauteile entwickeln, herstellen und bis hin zu funktionsfähigen Demonstratoren erproben will. Fraunhofer kündigte das Vorhaben am 11. November an. Ein neuer Serienmotor oder eine bezifferte Rohstoffersparnis sind damit noch nicht vorgestellt.
Warum die Materialien im Motor zählen
Ein Elektromotor verwandelt elektrische Energie in Bewegung. Dafür wirken Magnetfelder auf den drehenden Teil des Motors, den Rotor. Wie stark und effizient ein Antrieb bei begrenztem Platz arbeiten kann, hängt unter anderem von seiner Bauweise, den magnetischen Werkstoffen und der Wärmeabfuhr ab.
In manchen Antrieben erzeugen Permanentmagnete einen Teil des Magnetfelds. Dafür kommen unter anderem Magnete mit seltenen Erden infrage. Kupfer wird häufig für die elektrischen Wicklungen eingesetzt. Fraunhofer möchte die Abhängigkeit von solchen Rohstoffen verringern und untersucht deshalb mehrere technische Wege.
Neue Kombinationen im Bauteil
Eine Idee betrifft den Aufbau magnetisch wirksamer Komponenten. Die Forscher wollen weichmagnetische und nichtmagnetische Materialien gezielt kombinieren. Weichmagnetische Werkstoffe lassen sich leicht magnetisieren und wieder entmagnetisieren; die Anordnung unterschiedlicher Materialien beeinflusst, wie sich das Magnetfeld im Bauteil ausbildet.
Herstellen will das Institut solche Strukturen mit einer additiven, auf Sintern beruhenden Prozesskette. Vereinfacht werden dabei metallische Ausgangsmaterialien zu einer gewünschten Form aufgebaut und durch Wärme verbunden. Der Ansatz soll Geometrien und Materialkombinationen ermöglichen, die sich mit herkömmlichen Verfahren nur schwer herstellen lassen.
Als mögliche Anwendungen nennt Fraunhofer schnell laufende Reluktanzmotoren und Permanentmagnetantriebe mit Ferriten. Ein Reluktanzmotor nutzt aus, dass sich der Rotor im Magnetfeld in eine energetisch günstige Stellung bewegt. Ferrite sind magnetische Werkstoffe, die eine Alternative zu bestimmten Magneten mit seltenen Erden bieten können. Beide Ansätze sollen ohne seltene Erden auskommen.
Aluminium statt Kupfer
Ein zweiter Forschungsweg betrifft die Wicklungen. Hier prüft das Institut Aluminium als Ersatz für Kupfer. Spezielle Kühlkanäle sollen dabei helfen, die Eigenschaften der Aluminiumwicklungen gezielt zu verbessern. Die Kühlung ist wichtig, weil ein Motor Wärme abführen muss, während Strom durch seine Wicklungen fließt.
Ein anderer Werkstoff allein macht einen Motor allerdings nicht automatisch besser. Bauform, Gewicht, Leistung und Wärme müssen zusammenpassen. Die Technologie-Roadmap eines US-Fachgremiums nennt bei Motoren ohne seltene Erden unter anderem Leistungsdichte, Gewicht und Wärmemanagement als Herausforderungen. Das sind allgemeine technische Fragen, keine Messwerte für SIREN.
Vom Werkstoff zum Demonstrator
Die geplante Infrastruktur soll die Schritte von der Werkstoffentwicklung bis zum funktionsfähigen Demonstrator verbinden. Fraunhofer nennt Anwendungen in Fahrzeugen an Land, in der Luft und unter Wasser sowie weitere industrielle Einsatzfelder. Unternehmen, darunter kleinere und mittlere Betriebe in Sachsen, sollen Zugang zu den Verfahren und zum Wissenstransfer erhalten.
Die Mittel stammen laut Institut aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung im sächsischen Förderprogramm InfraProNet Forschung. Bis Ende 2028 wird der Aufbau mit mehr als zwei Millionen Euro unterstützt. Wie gut sich die untersuchten Materialien später in einem bestimmten Antrieb bewähren und ob sie wirtschaftlich in Serie gefertigt werden können, müssen Entwicklung und Erprobung zeigen.
Quellen
- Fraunhofer IFAM: SIREN-Projekt für neue Fertigungstechnologien, 11. November 2026
- US DRIVE: Electric Drive Technical Team Roadmap, 2023
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