Kleine Elektromotoren Effizienzverluste durch metallisches Glas reduzieren

Je kleiner Elektromotoren sind, desto größer ist ihr Effizienzverlust. Die Ursache liegt in den so genannten Eisenverlusten. Diese will ein internationales Forschungsteam nun drastisch reduzieren, indem es statt herkömmlicher Eisenlegierungen metallisches Glas verwendet und den Spulenkern daraus additiv fertigt.

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Ein Beispiel für ein im 3D-Druck realisiertes Bauteil aus amorphen Metallen ist ein Zahnrad. Nun wird an einer Eisenlegierung für Spulenkerne von Elektromotoren geforscht.
Ein Beispiel für ein im 3D-Druck realisiertes Bauteil aus amorphen Metallen ist ein Zahnrad. Nun wird an einer Eisenlegierung für Spulenkerne von Elektromotoren geforscht.
(Bild: Heraeus)

Sollen Elektromotoren effizienter und umweltfreundlicher werden, wird meist auf die Batterie geschaut. Aber auch beim Elektromotor lassen sich Verluste reduzieren und somit die Effizienz des Antriebs steigern. Gelingen kann das über die Verringerung der Eisenverluste. Im Projekt „AM2SoftMag“ (Additive Manufacturing of Amorphous Metals for Soft Magnetics) will sich nun ein internationales Forschungsteam unter Leitung der Universität des Saarlandes gemeinsam mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie an die Erforschung eines Motors machen, bei dem die magnetfeldleitenden Komponenten aus metallischem Glas 3D-gedruckt werden.

Amorphe Metalle reduzieren Eisenverluste

Wie die Saarbrücker Forscher mitteilen, weisen die bisherigen Eisenlegierungen der Spulenkerne verhältnismäßig hohe Effizienzverluste auf. Bei amorphen Metallen sei das anders. Hier fielen die Eisenverluste viel geringer aus.

Amorphe Metalle, auch Metallische Gläser genannt, sind Schmelzen, die in Sekundenbruchteilen abkühlen und dabei kein festes Kristallgitter bilden. Dadurch verändern die Metalle ihre Eigenschaften. Da amorphe Eisenlegierungen weichmagnetisch sind, eignen sie sich ebenso zum Ummagnetisieren wie eine Spule mit einem Kern aus einer herkömmlichen Eisenlegierung. Eingebaut in einen Elektromotor, könnten die Eisenverluste dramatisch verringert werden.

Grundlagenforschung in mehreren Schritten

Amorphe Eisenlegierungen sind bislang im industriellen Maßstab nur als sehr dünne Bänder herstellbar. Seit etwa zwei Jahren ist es auch möglich, Bauteile aus amorphen Metallen additiv mittels 3D-Druck herzustellen. So könnte ein größeres Werkstück aus amorphem Eisen hergestellt werden, das als Weichmagnet in Elektromotoren einsetzbar ist, heißt es.

Zuerst müssen die Werkstoffwissenschaftler das amorphe Eisen so designen, dass am Ende die gewünschten Eigenschaften herauskommen. Im nächsten Schritt liefert der Industriepartner Heraeus das spezielle Pulver für den 3D-Drucker, aus dem dann die Partner in Schweden und Spanien das amorphe Metall in einem speziellen Lasersinterverfahren zum Magnetkern additiv fertigen. In Italien wird schließlich das fertige Werkstück auf seine magnetischen Eigenschaften hin untersucht.

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