Metallisches Glas soll Elektromotoren effizienter machen

Elektromotoren gelten längst als ausgereifte Technik. Gerade deshalb ist es bemerkenswert, wenn nicht die Elektronik oder die Bauform, sondern das Material selbst zum Hebel für spürbare Verbesserungen wird. An der Universität des Saarlandes arbeitet ein Forschungsteam daran, Bauteile in Elektromotoren durch sogenanntes metallisches Glas zu ersetzen. Gemeint ist kein sprödes Fenstermaterial, sondern eine besondere Metalllegierung ohne geordnete Kristallstruktur. Die Hoffnung dahinter: weniger Energieverluste, weniger Wärmeentwicklung und dadurch effizientere Antriebe für Alltagsgeräte, E-Bikes, Drohnen oder perspektivisch auch Elektrofahrzeuge.

Reibung führt in Elektromotoren zu Energieverlust

In jedem Elektromotor verändern sich Magnetfelder fortwährend. Dabei müssen sich magnetische Bereiche im Material immer wieder neu ausrichten. In klassischen, kristallinen Eisenlegierungen geschieht das nicht reibungslos. Die innere Struktur bremst diesen Vorgang, wodurch Energie als Wärme verloren geht. Professor Ralf Busch beschreibt genau dieses Problem als einen zentralen Schwachpunkt heutiger Antriebe: „Und je kleiner die Motoren sind, umso ineffizienter werden sie. Fachleute reden hier von Eisenverlusten.“ Gerade bei kleinen und schnell drehenden Motoren summieren sich diese Verluste besonders deutlich.

Metallisches Glas schafft Abhilfe

Metallisches Glas besitzt kein Kristallgitter. Die Atome sind ungeordnet angeordnet, was zunächst ungewöhnlich klingt, für magnetische Anwendungen aber ein Vorteil sein kann. Weil die typischen kristallinen Hindernisse fehlen, können sich die magnetischen Bereiche im Material leichter neu orientieren. Busch formuliert es so: „Wir wollen diese Materialien durch amorphe, also glasartige Legierungen ersetzen, die beim Ummagnetisieren kaum Energie verlieren.“ Genau darin liegt der Reiz des Materials: Das Umpolen im Motor läuft glatter ab, die Wärmeverluste sinken, und der Wirkungsgrad steigt. Zugleich betont das Team, dass metallisches Glas keineswegs zerbrechlich sein muss. Im Gegenteil, solche Werkstoffe können sogar fester als Stahl sein.

Der schwierige Weg zur passenden Legierung

Der eigentliche Durchbruch bestand nicht nur in der Idee, sondern in der Suche nach Legierungen, die mehrere Bedingungen gleichzeitig erfüllen: Sie müssen amorph bleiben, magnetisch geeignet sein und sich außerdem per 3D-Druck verarbeiten lassen. Das Team testete dafür nach eigenen Angaben Hunderte Zusammensetzungen in einem „fünfdimensionalen Konzentrationsraum“ und fand schließlich drei Legierungen, die robust gegen Kristallisation sind und sich für vollständig glasartige Motorkomponenten eignen. Gedruckt werden sie mit einem Laser-Pulverbettverfahren, bei dem das Material Schicht für Schicht aufgeschmolzen und so schnell abgekühlt wird, dass keine störenden Kristalle entstehen. Noch ist das Ganze Grundlagenforschung mit dem nächsten Ziel, das Verfahren industrietauglich zu machen. Doch die Richtung ist klar: Wenn sich solche Materialien im großen Maßstab einsetzen lassen, könnten Elektromotoren sparsamer, kühler und langlebiger werden. Das EU-Projekt AM2SoftMag wurde dafür seit 2022 bis Februar 2026 mit 3,5 Millionen Euro gefördert.

via Universität des Saarlandes

Teile den Artikel oder unterstütze uns mit einer Spende.