Höchste Leistungsdichte und neue Designs

Verbesserte Designs für höchste Effizienz: Mit dem 3D-Druck können Sie wichtige Eigenschaften wie Wärmeleistung, Wicklungstopologien, Isoliermaterial usw. testen und verbessern. Letztendlich erreichen wir bis zu 45 % höhere Leistungsdichten im Vergleich zur herkömmlichen Fertigung.

Interview mit EV Tech Insider

Vor kurzem hatten wir die Möglichkeit dem Fachmagazin EV Tech Insider ein ausführliches Interview über uns und unsere Produkte zu geben. Lesen Sie hier den vollständigen Artikel:

Welche Vorteile hat der Einsatz von 3D-gedruckten Motoren gegenüber der konventionellen Fertigung?

Erstens: Designfreiheit. Ein besseres Design bedeutet ganz einfach einen besseren Motor. Mit dem 3D-Druck können Sie wichtige Eigenschaften wie Wärmeleistung, Wicklungstopologien, Isolationsmaterial usw. testen und verbessern. Letztendlich erreichen wir bis zu 45 % höhere Leistungsdichten im Vergleich zur herkömmlichen Fertigung.

Zweitens: Schnelle Markteinführung und niedrigere Preise pro Stück. Egal ob Axial- oder Radialfluss, unsere 3D-gedruckten Motoren haben die kürzeste Markteinführungszeit in der gesamten Branche. Da keine aufwendigen Werkzeuge für die Herstellung der Motoren benötigt werden, sinken die Kosten pro Einheit. Mit dem 3D-Druck können wir unseren Kunden auf diesem Wege maßgeschneiderte Elektromotoren in beliebiger Stückzahl anbieten. Besonders für Kunden mit hohen Anforderungen, aber kleinen Stückzahlen, war die Entwicklung von Elektromotoren noch nie so einfach.

Durch den 3D-Druck entstehen Motoren, die einfacher, besser, billiger und schneller hergestellt werden können.

Wir teilen uns dabei in zwei Einheiten auf:

Eine Einheit ist dem Prototyping gewidmet. Wir haben die mit Abstand kürzeste Markteinführungszeit in der gesamten EV-Branche, wenn es um die Produktion von Motoren geht, ganz gleich, ob es sich um Axial- oder Radialflussmotoren handelt, das heißt, wir sind schneller und billiger als die konventionelle Fertigung.

Die andere Einheit arbeitet in der Serienfertigung, und hier dreht sich alles um maßgeschneiderte Elektromotoren. Wir entwickeln den spezifischen Elektromotor, der perfekt auf Ihre Bedürfnisse abgestimmt ist. Zum Beispiel Hochleistungselektromotoren mit Leistungsdichten von über 25 kW/kg für Kunden aus der Luftfahrtindustrie oder große luftgekühlte Asynchronmaschinen mit Wirkungsgraden von über 96 %.

Unser wichtigstes Leistungsversprechen: kundenspezifische Elektromotoren in Stückzahlen von 1 bis 100.000, darauf zielen wir derzeit ab. Unser Hauptprodukt sind kundenspezifische Traktionsmotoren für Elektrofahrzeuge, aber wir bieten auch Motoren für andere Arten der Mobilität an, von E-Bikes bis hin zu Multi-Megawatt-Anwendungen in der Luftfahrt, und auch industrielle Anwendungen wie Robotik oder allgemeine Pumpen- oder Lüfteranwendungen.

Unsere Anwendungen sind breit gefächert, und unsere Entwicklung ist stets technologieunabhängig.

Wie ermöglicht der 3D-Druck eine bessere thermische Leistung?

Die beste Art der Kühlung, ist es die AC-Verluste zu bekämpfen. Das ist eine große Herausforderung, aber wir können sie auf verschiedene Weise verbessern.

Die Kabelisolierung ist eine der größten Herausforderungen für EV-Motoren in Bezug auf Kühlung, Lebensdauer, Teilentladung in der Luftfahrt usw. Da sie ein so wichtiges Teil des Puzzles ist, entwickeln und testen wir ständig neue Isolationsmaterialien, die höhere Kupferfüllfaktoren ermöglichen. Wir haben eine strategische Partnerschaft mit dem Materialhersteller Daikin Chemical zur Entwicklung der Primärisolierung und haben eine Reihe von Ideen am Horizont, die eine dünnere Isolierung, eine bessere Ölverträglichkeit und eine längere Lebensdauer ermöglichen und damit die Motoreffizienz verbessern.

Wir entwickeln auch neue Drahttechnologien, darunter unsere patentierte NextPin-Technologie, die die AC-Verluste erheblich reduziert. Die Idee dahinter ist eine innovative Leitertechnologie, die die Vorteile zweier Welten vereint: den Kupferfüllfaktor und die Verarbeitung von Massivleitern oder Hairpins mit den Hochfrequenzeigenschaften von Litzen. Durch den Einsatz der NextPin-Technologie im Automobilbereich lassen sich zum Beispiel auf langen Strecken Energieeinsparungen von bis zu 50 % erzielen.

Wenn wir Elektromotoren optimieren, schauen wir uns die Leiterstruktur sehr genau an. Durch den gezielten Einsatz des 3D-Drucks können wir nicht nur effizientere Konstruktionen erreichen, da wir nicht durch Biegeradien oder Werkzeuge eingeschränkt sind, sondern wir können auch besondere Merkmale in die Leiter einbauen, wie zum Beispiel eine in den Leiter integrierte Kühlung. Je nach Kundenwunsch können wir auch Leiter aus z.B. Aluminium herstellen, wobei der gesamte Entwicklungsprozess technologieoffen ist.

NVH ist immer ein großes Thema für Entwickler. Haben Sie irgendwelche Eigenschaften über Ihre Motoren in Bezug auf NVH? Hat sich das mit Ihrer Technologie überhaupt verbessert?

Um NVH in den Griff zu bekommen, ist es wichtig, die Verschaltung des Stators zu optimieren und ein sinusförmiges Luftspaltfeld zu erzeugen. Der Aufwand, der hinter einer solchen Schaltung steckt, ist in der konventionellen Produktion oft mit hohen Kosten verbunden. Mit unseren innovativen Verfahren lässt sich das leicht umgehen. Die Reduzierung von NVH-Problemen senkt nicht nur den Geräuschpegel, sondern erhöht auch die Lebensdauer und den Wirkungsgrad, weshalb wir uns immer mit diesem Thema befassen.

Welche Art von Materialformulierungen verwenden Sie, und sehen Sie neue Formulierungen für die nahe Zukunft?

Wir setzen den 3D-Druck nur dann ein, wenn er technologisch sinnvoll ist. Es gab in der Vergangenheit bereits Versuche, komplette Motoren zu drucken, die alle an den hohen Kosten und teilweise schlechteren Wirkungsgraden als ein herkömmlicher Elektromotor scheiterten.

Wir unterscheiden zwischen den Blechpaketen, den Leiterstrukturen und dem Gehäuse. Es kann zum Beispiel sinnvoll sein, ein Gehäuse zu drucken, weil eine spezielle Geometrie hilft, die Kühlung zu optimieren. Hier werden meist Aluminiumlegierungen verwendet. Die Materialentwicklung von Kupfer und Aluminium ist inzwischen so weit fortgeschritten, dass die gedruckten Materialien bessere Materialeigenschaften aufweisen können als beispielsweise ein gezogener Kupferdraht, da keine Kaltverformung mehr stattfindet.

Wir beobachten den Markt sehr genau, damit wir unseren Kunden immer die bestmögliche Lösung anbieten können.

Welche Art von Kunden können Sie für sich zu gewinnen?

Wir arbeiten mit mehreren großen Herstellern, vielen OEMs, Tier-1-Unternehmen in Deutschland und vielen weiteren aus den USA zusammen. Wir haben auch einen wachsenden Kundenstamm in nicht-automobilen Anwendungen wie der Luftfahrt. Auch die Formel 1 ist für uns interessant, vor allem im Hinblick auf das neue Reglement im Jahr 2026.

Es gibt unzählige Anwendungen, die effizientere, anpassbare Motoren mit höchster Leistung brauchen.

Die Entwicklung und Herstellung von Motoren ist derzeit sehr zeitaufwändig. Unser erfahrenes Team hat aus erster Hand erfahren, wie schmerzhaft es ist, Motoren in monatelangen oder jahrelangen Iterationen auf den Prüfstand und in die Fahrzeuge zu bringen – das ist zu lang.

Deshalb haben wir Additive Drives gegründet, um Herstellern zu helfen, ihre Markteinführungszeit mit besserer Technologie zu verkürzen.

An welchen Projekten für die elektrische Luftfahrt arbeiten Sie gerade?

Der eVTOL-Markt befindet sich noch im Wachstum und in der Entwicklung, aber unsere Ergebnisse lassen ein enormes Potenzial erkennen. Im Vergleich zur Automobilindustrie gibt es eine Reihe einzigartiger Herausforderungen und Anforderungen, z. B. in Bezug auf die funktionale Sicherheit und den Ausfallbetrieb.

Was passiert, wenn der Motor Ihres Autos ausfällt? Sie fahren an den Straßenrand, und das war’s. Bei einem eVTOL wird das zu einer ziemlich gefährlichen Situation. Unsere Entwürfe beinhalten funktionale Sicherheitskonzepte, wie z. B. redundante Wicklungssysteme in Kombination mit unseren neuen Isolationsmaterialien.

eVTOLs erfordern auch eine sehr hohe Leistungsdichte, und wir haben gerade eine neue Anwendung auf den Markt gebracht, die 25 Kilowatt pro Kilogramm Dauerleistung überschreitet. Es geht darum, das eVTOL sicher zu halten und in diesen Fällen einen fairen Kompromiss zwischen Leistung und Gewicht zu finden.

Die Elektrifizierung wird auch in vielen anderen Bereichen eingesetzt, etwa im Baugewerbe, in der Landwirtschaft und bei mobilen Maschinen. In diesen Anwendungen können unsere Motoren viel effizienter sein als die derzeitigen hydraulischen Lösungen. Elektrische Antriebe ermöglichen die einfache Steuerung verschiedener Systeme oder zum Beispiel die Rekuperation bei zyklischen Arbeiten, wie bei Baggern. Auch Boost-Lösungen, wie sie in der Formel 1 verwendet werden, oder Hybride sind möglich. Es gibt bereits Versuche, die elektrische Leistung von Traktoren z.B. auf Anbaugeräte zu übertragen und so effizientere Gesamtsysteme zu entwickeln. Die Anforderungen an Bauraum und Leistungsdichte sind fast die gleichen wie in der Luftfahrt und auch hier verschieben wir die Grenzen des Machbaren.

Haben Sie viel Erfolg im High-Perfomance-Bereich?

Obwohl wir die Großserienfertigung als eines unserer wichtigsten Angebote betrachten, arbeiten wir mit einigen Kunden von High-Performance-Anwendungen zusammen, insbesondere für unsere Motoren mit über 25 Kilowatt pro Kilogramm.

Wir erreichen dies, indem wir uns auf die Optimierung der Rotor- und Statoreinheit als Hauptverlustkomponenten sowie der Wicklungen konzentrieren. Bessere Kühlung, bessere Wicklungstopologien, neues Isolationsmaterial und letztendlich viele Designfreiheiten, die wir durch unseren Fertigungsprozess, der durch den 3D-Druck ermöglicht wird, haben. Durch die Kombination dieser Faktoren erreichen wir eine bis zu 45 % höhere Leistungsdichte im Vergleich zur konventionellen Fertigung.

Es gibt keine einzelne Schlüsseltechnologie, sondern eine Kombination aus verschiedenen Technologien, die zu höheren Leistungsdichten und Wirkungsgraden führen. Wir kombinieren jahrelange Erfahrung in der Entwicklung von E-Motoren mit einzigartigem Know-how in der innovativen Fertigung.

Gibt es noch irgendetwas, das beim 3D-Druck auffällt und einen großen Vorteil darstellt?

Natürlich haben Sie keine Werkzeugkosten. Für die Kleinserienproduktion können wir super-komplexe Wicklungen ohne jede Art von Werkzeugbau ermöglichen. Wir sprechen hier von 12 Leitern pro Nut, 16 Leitern pro Nut in Hairpin-Designs, was auf herkömmliche Weise extrem schwierig zu fertigen wäre.

test bench for electric motors with various cooling systems: oil cooling, water cooling and air cooling

Welche Fragen stellen Ingenieure typischerweise an Ihr Team?

Letztlich kommt es darauf an, was unser bester Freund, der Prüfstand, uns sagt. Egal, ob wir konventionell oder mit 3D-Druck fertigen.

In der Regel fragen die Ingenieure vor allem, ob unser Material die gleichen Eigenschaften hat wie herkömmlich hergestellte Motoren. Entwickler fragen auch nach den Isolationseigenschaften. In diesen beiden Bereichen übertreffen wir die Erwartungen.

Jeder weiß, dass der 3D-Druck ein teures Verfahren ist. Wir setzen den 3D-Druck als gezieltes Werkzeug genau dann ein, wenn es notwendig und sinnvoll ist, um die Anforderungen einer Anwendung zu erfüllen. Das gilt auch für den Einsatz von Hochleistungsmaterialien und Technologieansätzen: Nicht jede Technologie aus der Luftfahrt oder dem Motorsport lässt sich in ein Straßenfahrzeug oder einen Industriemotor integrieren.

Wir verfolgen stets das Ziel, die Anforderungen des Kunden wirtschaftlich sinnvoll zu realisieren. Dies schafft bei Serienfertigungsansätzen einen erheblichen Nutzen für die Kunden. Unser derzeitiger Fokus liegt, wie gesagt, bei 1 bis 100.000 Stück, aber mit unseren kommenden Fertigungsverfahren wird diese Zahl noch höher liegen.

Was ist die Vision für Additive Drives?

Unser Ziel ist es, die Elektrifizierung zu vereinfachen. Mehrere neue Hersteller entwerfen von Grund auf neu, zum Beispiel in der Nutzfahrzeug- und Luftfahrtindustrie. Viele dieser Unternehmen entwerfen ihre ersten Antriebsstrangsysteme, und wir arbeiten Seite an Seite mit ihnen, um ihre Motoren mit der höchstmöglichen Leistung und Effizienz zu entwickeln.

Etwa ein Drittel der weltweit verbrauchten Energie wird derzeit in Elektromotoren verbraucht, und wir wollen eine völlig neue Generation nachhaltiger Hochleistungsmotoren entwickeln, um den Planeten zu schonen.

Wir wollen nicht nur Weltmarktführer für 3D-gedruckte Elektromotoren werden, sondern für alle kundenspezifischen Elektromotoren, was für viele Hersteller derzeit nicht in Frage kommt, da sie sich alle auf die Großserienfertigung konzentrieren. Kurzfristig arbeiten wir an den Mengen von 1-100.000 Stück für Branchen wie den Off-Highway-Sektor, der in der Regel etwa 3.000 Stück pro Jahr umfasst.

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