Fertigung: Produktionstechnik macht E-Antrieb massentauglich

Maschinenbau

Fertigungsanlagen machen E-Antrieb massentauglich

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Zusammen mit führenden Automobilherstellern will der Produktionsspezialist Grob die elektromobile Antriebstechnik auf ein neues Niveau heben und massentauglich machen. ❧

Mona Willrett

Mit ihrer Innovationskraft hat die Automobilindustrie Elektromotoren und Batterien technologisch auf eine neue Ebene gehoben. Konzeption und Aufbau der Aggregate zielen auf eine hohe Leistungsdichte und Effizienz. Um das zu erreichen, sind in der Fertigung allerdings extrem enge Toleranzen einzuhalten. Die Produktionssysteme müssen hochpräzise und auch bei enger Taktung absolut prozessstabil arbeiten.

Auf der Suche nach Ausrüstern, die ihnen einen vollumfänglichen Prozess sowie die nötige Kapazität und Erfahrung in der automobilen Massenfertigung bieten können, klopften die Autobauer auch bei den Grob-Werken an. Als langjähriger Partner der OEMs und ihrer Zulieferer im konventionellen Antriebsbereich waren die Mindelheimer einer der ersten Ansprechpartner.

„Vor dem Hintergrund des Paradigmenwechsels im automobilen Antriebsstrang gründeten wir bereits vor mehr als drei Jahren ein Forschungs- und Entwicklungsteam, das sich ausschließlich mit dem Thema Elektromobilität auseinandersetzt“, berichtet German Wankmiller. „Damit haben wir unser Portfolio entscheidend erweitert“, ergänzt der Grob-CEO. Nach mehrjähriger Aufbau- und Entwicklungsphase sei der neue Geschäftsbereich jetzt fest in die Unternehmensstruktur integriert.

Im engen Austausch mit namhaften Playern der Automobilindustrie sei schnell klar geworden, dass es einen großen Bedarf an entsprechenden Produktionsanlagen gebe. Der Fokus lag auf zwei Hauptkomponenten: „Gemeinsam mit den Kunden entwickelten wir Maschinen und Anlagen, die hocheffektive Elektromotoren und kompakte Batteriemodule mit hoher Leistungsdichte produzieren können.“ Weit oben im Lastenheft stand dabei die Forderung nach massentauglichen Abläufen.

Taktzeiten mussten deutlich schrumpfen

Die große Herausforderung bei Fertigungslösungen für den elektrischen Antriebsstrang liegt laut Wankmiller in den Taktzeiten, die deutlich schrumpfen müssen, und in der Kombination hochpräzisen Maschinenbaus und filigraner Montagetechnik.

Für das so genannte Hairpin-Verfahren zur Produktion von Statoren entwickelten und bauten die Spezialisten von Grob eine eigene Prototyp-Anlage. Sie repräsentiere alle Herausforderungen, die diese neue Fertigungstechnik im serientauglichen Maßstab mit sich bringt. Weil das übliche Umwickeln der Statornuten bei leistungsstarken E-Motoren zu aufwendig und zeitintensiv ist, werden beim Hairpin-Verfahren Kupferdrähte – einer Haarnadel ähnlich – in die Nuten eingebracht, anschließend ineinander verdreht und verschweißt. „Hairpins ermöglichen es, einen Stator für einen Elektromotor in Taktzeiten wie bei einem Verbrennungsmotor herzustellen“, sagt Prof. Jürgen Fleischer, Leiter des Bereichs Maschinen, Anlagen und Prozessautomatisierung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Im Unterschied zur herkömmlich eingesetzten Einziehtechnik seien hier keine manuellen Prozessschritte mehr erforderlich. Nach dem aktuellen Stand der Forschung besitze sie daher das größte Potenzial, um die Produktion von Elektromotoren für Autos serien- und typenflexibel zu gestalten.

Mit der Prototypanlage von Grob kann laut Wankmiller der komplexe und hochpräzise Produktions- und Montageprozess der Statorfertigung vollständig realisiert werden – von der Drahtbereitstellung über das Biegen, die Nutisolation, das Weiten, Schränken, Schneiden und Schweißen der Hairpins bis zum abschließenden Imprägnieren und Messen der Isolationen. Mit seiner Tochter Grob Italy, der ehemaligen DMG meccanica, kann der Mindelheimer Systemspezialist interessierten Kunden auch andere Wickelverfahren anbieten, etwa das Nadelwickeln oder die Einzugstechnik.

Aber auch für die Fertigung und Montage der Komponenten einer Batterie, eines Batteriesystems oder von Brennstoffzellen bieten die Mindelheimer mittlerweile umfassende Lösungen an. „Derzeit befindet sich eine vollautomatische Anlage zur Batteriezellen-Montage sowie eine Anlage zur Montage eines Brennstoffzellenstacks in der Vorentwicklung“, berichtet Wankmiller. „Bei allen Entwicklungen im Bereich der Elektromobilität arbeiten unsere Ingenieure weltweit mit führenden Automobilherstellern zusammen.“ Das Ziel sei stets, Lösungen für die Großserie zu erarbeiten, die in einem maximalen Grad an Automatisierung münden und die neuesten Technologien zur Anwendung bringen. Neben den Neuentwicklungen können die Ingenieure aber auch auf das Know-how und die Kompetenz anderer bestehender Geschäftsfelder zurückgreifen – etwa der Montagetechnik.

Grob kann seinen Kunden heute sowohl Produktionslösungen für den konventionellen als auch für den elektrifizierten Antriebsstrang anbieten. Und das in Form von Einzelmaschinen für die Prototypen- oder Kleinserienfertigung, als auch vollautomatische Systeme, die in erster Linie für die Großserienfertigung in der Automobilindustrie konzipiert sind.

Mittlerweile hat der Maschinenbauer bereits einige Projekte für die Fertigung elektrischer Antriebskomponenten umgesetzt. Zu den Kunden zählt – neben VW, Ford oder BMW – auch Siemens. „Und erst vor kurzem haben wir von der deutschen Accumotive, einem Tochterunternehmen von Daimler, einen Auftrag zur Batteriemodulmontage erhalten“, erzählt Wankmiller.

Der CEO sieht für die im Geschäftsfeld „Neue Technologien“ erarbeiteten Lösungen aber durchaus auch Einsatzfelder außerhalb der Elektromobilität. „Es gibt viele weitere Anwendungsbereiche. Elektroantriebe gibt es in nahezu allen Industriebranchen. Häufig sind die Stückzahlen dort etwas geringer, die Anforderungen hinsichtlich Qualität und Automatisierung unterscheiden sich jedoch kaum.“ Wobei die Automobilindustrie durchaus Spezifikationen und Lastenheftanforderungen habe, die sich stark von anderen Industriebranchen unterscheiden.



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