Neuartige serienflexible Wickelverfahren für die wirtschaftliche automatisierte Fertigung von hoch performanten elektrischen Maschinen (NeWwire)

Problemlage
Aufgrund der begrenzten Energieressourcen und des global wachsenden Individualverkehrs werden neue effiziente, wirtschaftliche und großserientaugliche Antriebskonzepte benötigt. Derzeit bieten elektrische Antriebe aufgrund des hohen Wirkungsgrads genau diese technischen Eigenschaften. Um die Vorteile nutzen zu können, muss der Elektromotor für seinen Anwendungsfall optimal ausgelegt werden. Heutige Elektromotoren für Traktionsantriebe müssen bis an ihre Leistungs- und Materialgrenze optimiert werden und ein breites Feld an Anforderungen erfüllen.

Zielstellung
Ziel des Forschungsprojekts NeWwire war die Entwicklung einer Fertigungsprozesskette für die automatisierte, großserientaugliche Statorherstellung mit einer Zweischichtwicklung (Runddraht). Die performante Zweischichtwicklung ist mit dem aktuellen Stand der Technik nur mit vielen manuellen Prozessen herstellbar und somit nicht großserientauglich. Den Grundstein für die Zielerreichung bildete die optimale Abstimmung zwischen Produktdesign und Fertigungsprozess, welche nicht zuletzt durch die intensive und gute Zusammenarbeit der Projektpartner erreicht werden konnte. Im Rahmen des Forschungsprojekts wurden verschiedene Fertigungskonzepte voruntersucht und durch prototypische Anlagentechnik bereits in die Praxis umgesetzt. Schlussendlich konnten ausgiebige Funktionstests eines ersten E-Maschinen Prototyps im Rahmen der Zusammenarbeit durchgeführt werden, die einen guten Abgleich der vorangegangenen Auslegung ermöglichten und die Vorteile der „NeWwire-Fertigungstechnik“ hervorhoben.

Vorgehensweise
Zunächst wurden die Anforderungen und Spezifikationen, wie z. B. Leistung und Drehmoment, an den Traktionsantrieb festgelegt. In einem iterativen Prozess wurde der Motor elektromagnetisch und thermisch ausgelegt und mechanisch konstruiert. Parallel dazu wurden verschiedene Fertigungskonzepte zur Automatisierung der Zweischichtwicklung erarbeitet und prototypisch getestet. Auch für die Wahl des Kupferlackdrahtes sowie des Isolationssystems wurden verschiedene Konzepte entworfen und in Vorversuchen miteinander verglichen. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse flossen in Auslegung, Konstruktion und Simulation ein, so dass Prozess und Produkt stetig optimal aufeinander abgeglichen werden konnte. Das optimale Produkt- und Prozessergebnis wurde im Projektkonsortium gemeinsam festgehalten. Mit diesem Stand wurden schließlich mehrere Elektromotor-Prototypen gefertigt und unter unterschiedlichen Bedingungen hinsichtlich ihrer Leistungseigenschaften geprüft.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Die Automatisierung des innovativen Wickelverfahrens bietet die Möglichkeit zum automatisierten Einsatz von Zweischichtwicklungen, zum Beispiel in einer Asynchronmaschine. So werden Elektromotoren effizienter und leistungsfähiger. Von den Forschungsergebnissen können alle Hersteller von Elektromotoren, beispielsweise auch für leistungsstarke Industriemotoren in Logistikprozessen, profitieren.

• Aumann GmbH
• Essex Furukawa Magnet Wire Germany GmbH
• Karlsruher Institut für Technologie (Universitätsaufgabe)
• Universität Kassel
• VOLKSWAGEN AKTIENGESELLSCHAFT