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VCoil

Verbundvorhaben · LuFo VII-1

Erforschung und Entwicklung eines kosteneffizienten und flexiblen Verfahrens zur umformtechnischen Herstellung V-förmiger Einzelspulen für hocheffiziente elektrische Antriebe im Bereich eAircraft.

Motivation & Problemstellung

Elektrische Antriebe sind ein Schlüsselelement für einen klimaneutralen Luftverkehr. Entscheidend für Luftfahrtanwendungen ist ihre gravimetrische Leistungsdichte: Je höher die elektromagnetische Ausnutzung, desto kleiner, leichter und ressourcenschonender die Maschine. Heutige Statorwicklungen aus Rund- oder Profildraht erreichen Nutfüllgrade von 60–70 % und Leistungsdichten von 3,5–5 kW/kg. Um dieses Niveau deutlich zu übertreffen, untersucht VCoil das Potenzial umformtechnisch bzw. additiv gefertigter, V-förmiger Formspulen, mit denen sich in wenigen Prozessschritten Füllgrade von bis zu 90 % realisieren lassen.

Projektziele

bis 90 %

Nutfüllgrad durch V-förmige Formspulen (statt 60–70 %)

7–8 kW/kg

Angestrebte Dauerleistungsdichte des Direktantriebs

Übergeordnetes Ziel des Verbundes ist die Entwicklung umformtechnisch bzw. additiv hergestellter, V-förmiger Formspulen für elektrische Antriebe und Generatoren des (hybrid-)elektrischen Fliegens sowie deren experimentelle Validierung. Im Fokus stehen:

  • Steigerung der Leistungsdichte durch einen deutlich erhöhten Nutfüllfaktor
  • Höhere Ressourceneffizienz durch reduzierten Materialeinsatz und den Einsatz nachhaltig recycelter Leitermaterialien (Al / Cu)
  • Direkte Leiterkühlung zur weiteren Ausnutzungssteigerung der Maschine
  • Nachweis von Leistungsdichte und Lebensdauer an Motoretten und einem Labormuster

Inhalte des Verbundvorhabens

Im Verbund werden Materialauswahl, Umformprozess, Spulenisolation, Kühlung sowie die elektrische Maschine gemeinsam entwickelt und an Motoretten und einem Labormuster erprobt. Die Prozesskette reicht vom CNC-Biegen der Spulenrohlinge über das mehrstufige Umformen und Beschichten bis zum Aufbau eines eAircraft-Demonstrators.

Teilvorhaben Breuckmann

Breuckmann verantwortet die Erforschung und Entwicklung des gesamten umformtechnischen Herstellungsverfahrens für die V-förmigen Einzelspulen – von der Materialauswahl über das Serienwerkzeug und die zugehörige Auslegungs-, Berechnungs- und Konstruktionssoftware bis zur fertig isolierten Spule. Ziel ist ein effizienter, robuster und reproduzierbarer Prozess, der sich auf hohe Stückzahlen unter Serienbedingungen übertragen lässt. Im Einzelnen umfasst das Teilvorhaben:

  • Anforderungs- und Materialauswahl: Definition der elektrischen, mechanischen und geometrischen Anforderungen an die Leitermaterialien und Auswahl geeigneter Aluminium- und Kupferlegierungen – konventionell wie nachhaltig recycelt.
  • CNC-Biegen der Spulenrohlinge: Entwicklung des Biegeprozesses hinsichtlich Taktzeit, Ausschuss, Qualität der Biegeecken, Minimierung der Gratbildung und Stückkosten.
  • Serienwerkzeug & Umformtechnologie: Entwicklung der Werkzeugtechnologie zur Umformung der V-Coils für hohe Stückzahlen – reproduzierbar, robust, mit minimaler Taktzeit und geringen Werkzeugkosten, idealerweise als (quasi-)kontinuierlicher Prozess.
  • Direkte Leiterkühlung: Mitwirkung an der Konzeption direkter Kühlstrukturen und Nachweis ihrer umformtechnischen Realisierbarkeit in den V-Coils.
  • Anforderungsspezifikation E-Maschine: Erarbeitung der Anforderungen an den elektrischen Direktantrieb in Abstimmung mit den Projektpartnern.
  • Herstellung der V-Coils: umformtechnische Fertigung der V-förmigen Formspulen in unterschiedlichen Geometrien und Topologien als Basis für die Motoretten und das Labormuster.

Projektpartner

Breuckmann GmbH & Co. KG

Umformprozess & Werkzeugtechnologie, Leiterisolation, Versuchsmuster

Verbundkoordinator

BTU Cottbus-Senftenberg

Fachgebiet Hybride Fertigung – Werkstoffwissenschaften, umform- und additive Fertigungsprozesse

HTW Dresden

Auslegung und experimentelle Untersuchung der elektrischen Maschine, Motoretten/Labormuster, CFD-Simulation

Additive Drives GmbH

Design und Auslegung der elektrischen Maschine, additive Fertigung

Assoziierte Partner: APUS Zero Emission GmbH (Anforderungen an den eAircraft-Direktantrieb) sowie ein Partner für nachhaltig recyceltes Aluminium.

Eckdaten

Förderkennzeichen: 20M2434A

Programm: LuFo VII-1

Laufzeit: 01/2026 – 12/2028

Projektträger: PT-LF im DLR

Förderhinweis

Das Vorhaben VCoil (Förderkennzeichen 20M2434A) wird im Rahmen des Luftfahrtforschungsprogramms LuFo VII-1 gefördert und vom Projektträger Luftfahrtforschung im DLR (PT-LF) betreut. Weitere Informationen zum Programm: www.luftfahrtforschungsprogramm.de

Abbildungen

Breuckmann GmbH & Co. KG · Dieselstraße 26–28 · 42579 Heiligenhaus

Gefördert im Rahmen von LuFo VII-1 · FKZ 20M2434A