Um die Produktion neuartiger Elektromotoren im industriellen Maßstab effizienter zu machen, entwickelten Forschende der RWTH Aachen gemeinsam mit dem Berliner Maschinenbau-Unternehmen Röscher vier potenziell marktfähige Fügetechnologien für den Herstellungsprozess von sogenannten Hairpin-Statoren. Das sind die Komponenten von Elektromotoren, die für deren Leistung und Effizienz entscheidend sind.
Die Hairpin-Bauweise mit ihrem Steckspulenaufbau aus massiven Kupferdrähten verdrängt zunehmend die konventionellen Drahtwickeltechniken. In der entsprechenden Prozesskette steht aktuell zwar die Laserkontaktierung der zahlreichen Kupferenden im Mittelpunkt, doch führen Schweißfehler in der Serienfertigung bislang zu hohen Ausschussraten und einer geringen Anlageneffizienz. Das galt es im Forschungsprojekt „anfaHair“ – kurz für „Anfangsfestes Fügen in der Hairpin-Technologie“ zu ändern. Der Lehrstuhl „Production Engineering of E-Mobility Components“ (PEM) der RWTH Aachen hat das Projekt nach zwei Jahren erfolgreich beendet. Das Projekt wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert.
Das Forschungsvorhaben sollte die beiden Prozesse der geometrischen Schweißnahtvorbereitung und des anschließenden Kontaktierens voneinander entkoppeln und ein exaktes Fügeverfahren hervorbringen. Danach sollte das Vorgehen in die Hairpin-Prozesskette integriert werden, wo es eine reproduzierbare und formstabile Ausrichtung der Kupferdrähte vor dem Schweißen ermöglichen und damit sowohl die Qualität als auch die Stabilität der Gesamtprozesskette erhöhen soll.
„Wir haben die neuen Fügeverfahren ausgiebig erprobt und ihre Anwendbarkeit in der Hairpin-Stator-Produktion konkret demonstriert“, sagt PEM-Lehrstuhlleiter Professor Achim Kampker: „Dabei haben wir für alle Verfahren technologisch und wirtschaftlich sinnvolle Anwendungsfälle ermittelt.“
Der RWTH-Lehrstuhl PEM arbeitet neben seinen universitären Forschungsprojekten regelmäßig auch mit Partnern aus der Industrie zusammen, um bestehende Produktionsprozesse im Sinne der Nachhaltigkeit zu optimieren oder neue Verfahren zu entwickeln. Die Ergebnisse aus dem „anfaHair“-Projekt sollen nun in Form von wissenschaftlichen und industriellen Vorhaben weitergenutzt werden. Das Partnerunternehmen Röscher plane indes, die im Zuge des Projekts aufgebaute Prototypenstation für industrielle und serielle Anwendungen weiterzuentwickeln. Erste Anfragen aus anderen Unternehmen lägen bereits vor. Parallel dazu werde die Anwendbarkeit des Systems in artverwandten Bereichen erprobt. (eve)
