Produktionstechnologie für die serienflexible Herstellung von Stator- und Rotorpaketen von E-Antrieben (ProStaR)

Problemstellung
Elektrofahrzeuge weisen derzeit noch mehrere gravierende Nachteile auf. Dies sind z.B. die geringe Reichweite der Fahrzeuge und die hohen Herstellkosten, vor allem für die Batterie, aber auch den E-Motor. Zudem ist bei bisherigen Ansätzen die Produktion eines Elektrofahrzeuges selbst noch nicht ausreichend energieeffizient. Um Elektrofahrzeuge für Kunden attraktiv zu machen, müssen die genannten Nachteile überwunden werden. Um die Herstellungskosten zu senken, die vor allem durch die im Vergleich zu klassischen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren geringen Stückzahlen entstehen, müssen serienflexible Herstellungsprozesse für die E-Motoren entwickelt werden. Diese Herstellungsprozesse müssen nicht nur energieeffizient, sondern auch bei geringen Stückzahlen wirtschaftlich sein. Um die begrenzten Akkukapazitäten besser zu nutzen, müssen die E-Motoren in ihrem Wirkungsgrad deutlich verbessert werden.
Projektziele und Vorgehensweise
Lösungen für diese Problemstellung bietet das Projekt ProStaR, das mit der Entwicklung einer „Produktionstechnologie für die serienflexible Herstellung von Stator- und Rotorpaketen von E-Antrieben“ den größten Hebel zu Erreichung der genannten Ziele darstellt. Die Produktionstechnologie umfasst hierbei die gesamte Prozesskette von der Elektrobandherstellung über das Aufbringen von Isolations- und Klebstoffschichten und das Stanzen bis hin zum Klebpaketieren.
Der Innovationsansatz liegt in der Integration des Klebpaketierens in den Stanzprozess, so dass eine vollflächige Einzelblechverklebung im Stanztakt ermöglicht wird. Durch das flächige Verkleben der einzelnen Lamellen wird der Freiheitsgrad bei der Auslegung und dem Design der Blechgeometrie erhöht und erlaubt somit die Herstellung wirkungsgradoptimierter Elektromotoren. Zusätzlich können dünnere und innovative Isolationsschichten durch Plasmapolymerisation realisiert werden, die den Wirkungsgrad zusätzlich steigern und mit denen ein höherer Stapelfaktor der Lamellenpakte erzielt werden kann. Durch die Integration der verschiedenen Prozessschritte ist eine deutliche Kostenreduktion in der Fertigung und eine Effizienzsteigerungen der Elektromotoren zu erwarten.
Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Zur Umsetzung der innovativen Klebpaketiertechnologie wurde ein Klebpaketierwerkzeug entwickelt und aufgebaut, mit dem eine vollflächige Verklebung im Pressentakt möglich ist. Bei der Entwicklung wurden zwei Klebstoffstrategien berücksichtigt. Zum einen wurde ein kommerziell erhältlicher, raumtemperaturhärtender Klebstoff, der UV-aktivierbar ist, untersucht. Zum anderen wurde ein wärmeaktivierbarer Klebstoff (Backlack), der die besonderen Prozessanforderungen des integrierten Klebpaketierens berücksichtigt, entwickelt und getestet. Dieser Klebstoff zeichnet sich vor allem durch eine kurze Reaktionszeit, hohe Temperaturbeständigkeit und gute Isolationseigenschaften aus. Zudem wurden plasmapolymere Schichten, die zur Isolation als auch zum Korrosionsschutz beitragen, entwickelt. Der Auftrag der Schichten wurde hinsichtlich der Beschichtungsbreite und -geschwindigkeit entsprechend der Rahmenbedingungen des Klebpaketierens optimiert und in das Versuchswerkezug integriert. Auch nach Projektende erfolgt bei den beteiligten Partnern eine Weiterentwicklung und Optimierung der erarbeiteten Technologien, um eine zeitnahe industrielle Umsetzung der Technologie in Serienprozesse zu realisieren.

• Feintool System Parts Sachsenheim GmbH
• Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein
• PlasmaTreat GmbH - Abt. Forschung und Entwicklung
• Roos & Kübler GmbH & Co. KG
• Schuler Pressen GmbH
• Universität Kassel
• VOLKSWAGEN AKTIENGESELLSCHAFT