Effiziente und intelligente Hochpräzisionsmontage von Elektromotoren

Die Elektrifizierung der Luftfahrt stellt insbesondere im Segment der Kurzstrecken‑Pendlerflugzeuge eine komplexe technologische Herausforderung dar. Aufgrund klimapolitischer Anforderungen müssen innerhalb kurzer Zeit deutliche Fortschritte in Richtung Nachhaltigkeit erzielt werden. Elektrische Antriebe spielen dabei eine zentrale Rolle. Obwohl sich elektrische Antriebssysteme mit hoher Leistungsdichte und guter Regelbarkeit bereits in anderen Branchen etablieren, besteht für den kommerziellen Flugbetrieb noch ein erheblicher Innovationsdruck. Weitere Herausforderungen betreffen die begrenzte Energiedichte moderner Batteriesysteme, den Bedarf an hochzuverlässigen, luftfahrttauglichen Leistungskomponenten sowie die strengen Zertifizierungsanforderungen für sicherheitskritische Systeme. Für Pendlerflugzeuge, die häufige Start‑/Landezyklen und kurze Umlaufzeiten aufweisen, sind robuste, schnell ladbare und gleichzeitig langlebige Energiespeicher zwingend erforderlich. Parallel dazu müssen Motoren, Inverter und Thermomanagementsysteme so ausgelegt werden, dass sie sowohl hohe Spitzenleistungen beim Start als auch effiziente Teillastbetriebe im Reiseflug sicher abdecken.

Die skizzierten Herausforderungen spiegeln sich auch in der Produktion wider: Elektrische Antriebe für Pendlerflugzeuge unterliegen äußerst engen Toleranzketten, da kleinste Abweichungen die Gesamtsystemeffizienz merklich beeinflussen können. Für eine wirtschaftliche Serienfertigung sind daher integrierte, digital überwachte und teilautonome Montageprozesse notwendig, die eine reproduzierbare Qualität gewährleisten. Digitale Produktionszwillinge und eine simulationsgestützte Prozessauslegung ermöglichen es, konstruktive Anpassungen schnell umzusetzen und energetisch wie materialseitig optimierte Lösungen zu finden. Ein digital erfasster »Qualitätsfingerprint« kann zudem einen wesentlichen Beitrag leisten, um Zertifizierungsprozesse zu beschleunigen und die notwendige Systemzuverlässigkeit transparent nachzuweisen.

Projektinhalt

Im Vorhaben »LoPPer« (Luftfahrtkonforme hochpräzise Positionierung der Komponenten und hochautomatisierte Montage von stark magnetischen Komponenten und Kernen gegenüber der Spule mit In-situ-Prozessüberwachung zur Steigerung der Leistungsdichte) werden zwei zentrale Entwicklungsziele verfolgt: Zum einen entsteht ein neuartiger, horizontal und vertikal skalierbarer elektrischer Antrieb für luftfahrttechnische Anwendungen, der als real einsetzbarer Versuchsträger ausgelegt wird. Zum anderen wird eine automatisierte Montagelinie konzipiert, die mithilfe eines Digitalen Zwillings selbstständig auf Designvarianten und technische Abweichungen, etwa geometrische Unterschiede der Komponenten, während des Montageprozesses reagieren kann. Ergänzend wird eine durchgehend IT-gestützte Dokumentation aufgebaut, die im Sinne eines Qualitätsfingerprints eine lückenlose Nachvollziehbarkeit aller Prozess- und Produktparameter gewährleistet.

Am Fraunhofer IWU werden folgende Schwerpunkte gelegt:

• Entwicklung einer automatisierten, autonomen, fehlerkompensierenden Präzisionsmontagekette für die Montage von Rotoren
• Digitale Abbildung der Montage mittels Digitalen Zwillings
• Datengetriebene Prozesskettenentwicklung zum Zusammenbau von Stator und Wicklung
• FE-Umformsimulation von geschmiedeten Wellen

Laufzeit
Januar 2026 bis Dezember 2028

Fördermittelgeber
BMWE

Fördermittelkennzeichen
20L2401C

Projektpartner

• Additive Drives GmbH, Dresden
• Center for Hybrid-Electric Systems Cottbus GmbH (CHESCO GmbH), Cottbus
• Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg, Cottbus

Assoziierter Projektpartner

• M&D Flugzeugbau GmbH & Co. KG, Friedeburg