E-Motor-Produktion: PEM forscht zur Optimierung durch Vakuumschweißen

10.11.2023
Grafik mit Laserstrahl, Hairpin-Stator und Vakuum-Laserschweißanlage Urheberrecht: © PEM RWTH Aachen

Der Lehrstuhl „Production Engineering of E-Mobility Components“ (PEM) der RWTH Aachen ist mit dem Industriepartner „LaVa-X“ in das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderte Forschungsprojekt „ALIVE“ gestartet. In dem auf zwei Jahre anberaumten Vorhaben sollen die Qualität, die Kosten und der zeitliche Aufwand bei der Produktion von Elektromotoren optimiert werden. Dazu will das Projekt-Team ergründen, wie sich die Vorteile adaptiver, im Vakuum stattfindender Schweißprozesse für die Herstellung der leistungsbestimmenden E-Motor-Komponente „Hairpin-Stator“ nutzen lassen.

 

Neue Prozesskette und noch hoher Ausschuss

Bei der Entwicklung moderner Motor-Topologien hat sich die Hairpin-Stator-Technologie aufgrund von hohen realisierbaren Kupferfüllfaktoren etabliert. Gleichzeitig bedeuten die entsprechenden Verfahren für die Fertigung der Hairpin-Wicklungen noch eine zentrale Herausforderung: „Die potenzielle Produktivität dieser Technologien und das erreichbare Qualitätsniveau der Hairpin-Statoren lassen sich derzeit noch nicht umsetzen, weil die Prozesskette neu ist, wodurch das Prozessverständnis teilweise fehlt, und weil es noch recht hohen Ausschuss gibt“, sagt PEM-Leiter Professor Achim Kampker.

Wechselwirkungen aus vorgelagerten Verfahrensschritten

Im Rahmen der Hairpin-Stator-Produktion gilt das Kontaktieren der Hairpin-Enden durch das Laserschweißen als ein maßgeblicher Abschnitt, da er zahlreichen prozess- und qualitätsbeeinflussenden Wechselwirkungen aus vorgelagerten Verfahrensschritten unterliegt. „Der irreversible Laserschweißprozess ist deshalb ein entscheidender Engpass mit Blick auf die gesamte Anlageneffektivität und die Taktzeit in der Serienproduktion der Hairpin-Technologie“, sagt Kampker.

Neue Anlage für späteren Industriegebrauch

Das Laserstrahlschweißen im Vakuum weise indes einige Vorteile auf, da die Verringerung des Arbeitsdrucks die Prozessstabilität stark steigere und sich hohe Einschweißtiefen realisieren ließen. Im Projekt „Adaptives Laserstrahlschweißen im Vakuum von Hairpin-Statoren“ (ALIVE) soll daher eine durch intelligente Datennutzung adaptiv steuerbare Vakuum-Laserschweißanlage für den Hairpin-Kontaktierprozess errichtet werden, die später im industriellen Maßstab zum Einsatz kommen könnte.

Weitere Informationen zum Projekt sind hier zu finden.