Prototyp für Kleinserie: E-Antriebsgehäuse im 3D-Druck

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Porsche zeigt mit einem im 3D-Druck hergestellten E-Antriebsgehäuse, welches Potenzial die additive Fertigung im Bereich der Produkt-Innovation birgt.

Leichter, steifer, kompakter: Porsche hat erstmals ein komplettes Gehäuse E-Antriebsgehäuse im 3D-Druck hergestellt. Die Bauteile entstehen Schicht für Schicht aus einer pulverförmigen Aluminiumlegierung. Die im additiven Laserschmelz-Verfahren hergestellte Motor-Getriebe-Einheit hat alle Qualitäts- und Belastungsprüfungen problemlos bestanden. „Damit haben wir nachgewiesen, dass sich die additive Fertigung mit all ihren Vorteilen auch für größere und hochbelastete Komponenten eines Elektro-Sportwagens eignet“, sagt Falk Heilfort, Projektverantwortlicher in der Antriebsvorentwicklung im Porsche Entwicklungszentrum Weissach. Vorstellbar ist der Einsatz des optimierten E-Antriebs beispielsweise in einem Supersportwagen mit geringen Stückzahlen.

E-Antriebsgehäuse vereint Vorteile der additiven Fertigung

Das Gehäuse vereint sämtliche Vorteile der additiven Fertigung wie Topologieoptimierung mit Gitterstrukturen um Gewicht zu reduzieren, Funktionsintegrationen von Kühlkanälen, höhere Steifigkeit, reduzierte Montagezeit durch die Integration mehrerer Bauteile sowie eine verbesserte Bauteilqualität.

Nur im 3D-Druck mögliche Strukturen

Mit dem Prototyp gelangen den Ingenieuren der Vorentwicklung gleich mehrere Entwicklungsschritte auf einmal. Das additiv gefertigte Leichtmetall-Gehäuse wiegt weniger als ein konventionell gegossenes Bauteil und reduziert das Gesamtgewicht des Antriebs um circa zehn Prozent. Durch spezielle Strukturen, die erst im 3D-Druck möglich werden, erhöhte sich die Steifigkeit in stark belasteten Bereichen gleichzeitig auf das Doppelte. Ein weiterer Vorteil der additiven Fertigung: Zahlreiche Funktionen und Bauteile konnten integriert werden, was den Montageaufwand erheblich reduziert und unmittelbare Vorteile für die Bauteilqualität mit sich bringt.

Der 3D-Druck eröffnet neue Möglichkeiten in der Entwicklung sowie in der Herstellung von Bauteilen mit geringer Stückzahl. Porsche treibt dabei intensiv den Einsatz von additiver Fertigung für die Optimierung hochbelasteter Bauteile voran. Vor wenigen Monaten bestanden neuartige gedruckte Kolben mit innovativem Design ihre Bewährungsprobe im Hochleistungssportwagen 911 GT2 RS. Auch das jetzt entwickelte Gehäuse für einen kompletten E-Antrieb erfüllt hohe Qualitätsansprüche. Im selben Gehäuse wie der E-Motor ist das nachgeschaltete zweistufige Getriebe integriert. Dieser hochintegrierte Ansatz ist für den Einsatz an der Vorderachse eines Sportwagens konzeptioniert.

„Unser Ziel war es, einen elektrischen Antrieb mit den Potenzialen der additiven Fertigung aufzubauen. Mit dem Ziel möglichst viele Funktionen und Bauteile konstruktiv in das Antriebsgehäuse zu integrieren, Gewicht einzusparen und die Struktur zu optimieren“, so Falk Heilfort. Kein anderes Fertigungsverfahren bietet dafür so viele Möglichkeiten und eine so schnelle Umsetzung wie der 3D-Druck. Ohne Zwischenschritte wie beispielsweise der Anfertigung von Werkzeugen kann der Drucker vom Computer aus direkt mit den Konstruktionsdaten gefüttert werden. Die Bauteile entstehen dann Schicht für Schicht aus einer pulverförmigen Aluminiumlegierung. Dadurch sind Bauformen wie Gehäuse mit integrierten Kühlkanälen in nahezu beliebiger Geometrie möglich. Jede Schicht wird in sich und mit der vorherigen verschmolzen. Dazu gibt es eine Reihe verschiedener Technologien. Das Antriebsgehäuse entstand im so genannten Laser-Metall-Fusion-Verfahren (LMF) aus hochreinem Metallpulver. Dabei erhitzt ein Laserstrahl entsprechend der Teilekontur die Pulveroberfläche und verschmelzt sie.

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