In jedem E-Bike-Motor geht Energie verloren, bevor sie am Rad ankommt. Ein Teil davon wird als Wärme in Rotor und Stator abgegeben. Ein europäisches Forschungsteam will genau diese Verluste mit metallischem Glas senken und hat jetzt gezeigt, dass sich eine passende Legierung im 3D-Drucker verarbeiten lässt.
Die Universität des Saarlandes, die das EU-Projekt koordiniert hat, stellt damit E-Bikes mit mehr Reichweite in Aussicht. Einen Motor aus dem neuen Material gibt es allerdings noch nicht, die bisherigen Messungen stammen von kleinen Proben.
Warum metallisches Glas in Elektromotoren Energie sparen könnte
Im Elektromotor dreht sich der Rotor im feststehenden Stator. Das Magnetfeld darin baut sich laufend auf, bricht zusammen und wechselt die Richtung. Heute bestehen diese Bauteile meist aus kristallinen Eisenlegierungen.
Bei jedem Wechsel richten sich die magnetischen Bereiche im Kristallgitter neu aus, und dabei entsteht Wärme. Fachleute nennen das Eisenverluste. Die Energie dafür kommt aus dem Akku.
Doch was hat das mit Glas zu tun? Mit Glas im herkömmlichen Sinn gar nichts. Gemeint ist ein Metall, dessen Atome beim Abkühlen ungeordnet erstarren, ohne ein Kristallgitter zu bilden. Laut Materialforscher Ralf Busch sinken die Verluste deutlich, wenn die Kristallstruktur ganz fehlt.
Der Haken liegt in der Herstellung. Die Schmelze muss extrem schnell abkühlen, sonst entstehen doch Kristalle. Handelsübliche Legierungen auf Eisenbasis, die ohne Kobalt, Phosphor und Seltene Erden auskommen, bleiben deshalb nur bis etwa 0,15 Millimeter Dicke glasartig. Für massive Motorbauteile reicht das aber nicht.
So verarbeitet das Team metallisches Glas im 3D-Drucker
Um größere und später auch komplex geformte Bauteile aus metallischem Glas möglich zu machen, hat die Arbeitsgruppe um Ralf Busch in Saarbrücken ein neues Material entwickelt. In einer Studie, die im August im Fachjournal Acta Materialia erschienen ist, haben Forschende aus Madrid, Saarbrücken, Turin, Berlin und Trondheim erstmals getestet, wie sie sich im 3D-Drucker verarbeiten lässt. Gut 70 Prozent der Atome in der neuen Legierung sind Eisen, dazu kommen Silizium, Bor, Niob und Nickel. Auf Kobalt, Phosphor und Seltene Erden verzichtet auch sie. Der relevante Fortschritt dabei: Als Gussteil bleibt die Legierung bis etwa einen Millimeter Dicke glasartig.
Das Team druckte per Laser im Pulverbett. Dabei entsteht jede neue Schicht über den bereits erstarrten. Da die unteren Lagen jeweils wieder heiß werden, können sie aber auch nachträglich noch kristallisieren.
Die Forschenden kombinierten deshalb zwei Kniffe. Der Laser pausiert am Ende jeder Bahn kurz, und in einer Versuchsreihe schmolz er jede Schicht zweimal auf. Je länger die Pause, desto weniger Kristalle fanden die Forschenden. Das doppelte Aufschmelzen bringt das Glas in einen entspannteren Zustand, der beim erneuten Erhitzen durch die nächsten Schichten weniger leicht kristallisiert. In allen Proben lag der glasartige Anteil über 87 Prozent. Vollständig amorph, soweit die Röntgenmessung das zeigen kann, waren nur die doppelt geschmolzenen.
Magnetische Verluste könnten deutlich sinken
Die Koerzitivfeldstärke beschreibt, wie leicht sich ein Werkstoff ummagnetisieren lässt. Je niedriger sie ist, desto weniger Energie geht beim Umpolen in der Regel verloren. Die gedruckten Proben kamen auf 44 bis 77 Ampere pro Meter. Gedruckte Proben aus handelsüblichen Vergleichslegierungen liegen laut den Autoren dagegen meist über 1.000 Ampere pro Meter.
Für gedruckte weichmagnetische Werkstoffe ohne Nachbehandlung ist das laut den Autoren der niedrigste bisher gemeldete Wert. Zwar erreichte ein gedruckter Motorstator aus einer herkömmlichen kristallinen Eisenlegierung in einer anderen Arbeit ebenfalls einen günstigen Wert von 40 Ampere pro Meter – aber erst nach aufwendiger Nachbearbeitung.
Warum der sparsamere E-Bike-Motor noch fehlt
Die Messungen stammen bisher allerdings von kleinen Würfeln mit wenigen Millimetern Kantenlänge, nicht von Motorbauteilen. Alle Proben enthalten Poren und zahlreiche Risse. In der Computertomografie reichten manche Risse über mehr als zwei Millimeter.
Die magnetische Durchlässigkeit, für Motoren ebenfalls wichtig, konnte das Team wegen der Probenform nicht zuverlässig bestimmen. Die Verluste im schnellen Wechselfeld eines laufenden Motors misst die Studie ebenfalls nicht.
Einen weiteren Nachteil nennt die Studie selbst: Weil die Legierung weniger Eisen enthält als manche Vergleichswerkstoffe, lässt sie sich weniger stark magnetisieren. Was das für Drehmoment und Wirkungsgrad bedeutet, bleibt offen.
Einen Rotor, einen Stator oder einen laufenden Motor aus der neuen Legierung beschreibt die Studie nicht. Das EU-Projekt AM2SoftMag lief bis Februar 2026, die EU förderte es mit rund 3,5 Millionen Euro. Als nächste Aufgabe nennt Antriebsforscher Matthias Nienhaus von der Universität des Saarlandes, das Verfahren für Praxis und Industrie tauglich zu machen. Am MIT ist übrigens bereits ein kompletter Motor aus dem Drucker entstanden, allerdings ein Linearmotor und kein Drehmotor, wie ihn ein Pedelec bräuchte.
Was die Forschung für E-Antriebe bedeutet
Wie viel Reichweite ein E-Bike mit dem neuen Werkstoff gewinnen würde, hat noch niemand gemessen, und Zahlen dazu nennt auch die Universität nicht. Ob sich metallisches Glas im Motor lohnt, zeigt erst ein kompletter Antrieb. Falls das Material Erfolg hat, könnte der Anwendungsbereich aber nicht nur auf E-Bikes beschränkt sein, sondern auch für Drohnen und andere Antriebe interessant sein.
