HaPiPro2

 

Produkt- und Produktionskonzepte für die varianten-flexible Hairpin-Stator-Produktion

Motivation

Die fortschreitende Elektrifizierung der weltweiten Fahrzeugflotte führt zu einer zunehmenden Bedeutung von elektrischen Traktionsantrieben (kurz: E-Drives) in der Automobilindustrie. In Zukunft wird nahezu jedes Straßenfahrzeug über mindestens einen E-Motor verfügen gleichgültig, ob batteriebetriebenes Fahrzeug, Fahrzeuge mit Brennstoffzelle, Mild- oder Plug-In-Hybride.

Ein zentrales Innovationsfeld stellt für E-Drives die Statorproduktion in der Hairpin-Bauweise dar. Entgegen der konventionellen Drahtwickeltechnik werden bei der Hairpin-Technologie die Kupferwicklungen des Elektromotors in einem Steckspulenaufbau aus massiven elektrischen Leitern aufgebaut. Hierfür werden Kupferdrähte zunächst dreidimensional in eine U-Form gebogen und anschließend durch vielfältige Montage-, Umform- und Kontaktieroperationen zu einer elektrisch geschlossenen „Wicklung“ komplettiert. Die Bezeichnung „Hairpin“ ist dabei auf die haarnadelförmige Geometrie der Kupferleiter zurückzuführen. Das Innovationspotential liegt in dem montagetechnisch geprägten Aufbau von Hairpin-Statoren, der zum einen kompaktere und leistungsstärkere Traktionsantriebe und zum anderen wirtschaftlichere und großserientaugliche Produktionsverfahren ermöglicht.

Angesichts der steigenden Nachfrage nach Hairpin-Statoren für E-Drives sind wirtschaftlich-effiziente Ansätze und Methoden erforderlich, die den Aspekt der Variantenflexibilität unter der Prämisse automobiler Anforderungen an eine hohe Prozessstabilität adressieren. Dabei basieren bestehende Ansätze in der Regel auf stark-eingeschränkten Produktgestaltungen sowie redundanten und kostenaufwändigen Produktionssystemen.

Forschungsziele

Das Forschungsziel besteht in der Konzeptionierung und Erprobung eines hinsichtlich Variantenflexibilität und Prozessstabilität optimierten Produkt-, Produktions- und Prozessdesigns für Hairpin-Statoren. Messbar wird dieses Ziel durch eine flexible und prozessstabile Demonstrations-Produktion von Hairpin-Statoren, die alle Prozessschritte von der Drahtumformung bis hin zur Sekundärisolation des Stators abdeckt. Somit soll eine ganzheitliche Betrachtung des Gesamtprozesses zur Identifikation produktionsprozessübergreifender Interdependenzen, wie etwa die Einflüsse unterschiedlicher Drahtdicken auf das Laserkontaktieren der Kupferleitungen, ermöglicht werden.

Die konkreten Teilziele sind:

  • Entwicklung innovativer und variantenflexibler Produktprozesskonzepte auf Basis eines Referenz-Hairpin-Stator-Designs und deren Erprobung sowohl auf Einzelprozess- als auch auf Gesamtprozessebene.
  • Untersuchung, inwiefern sich Produkt- bzw. Fertigungsänderungen sowie Produktionstechnologien unterschiedlicher Reifegrade für eine hohe Innovationsgeschwindigkeit schnell in die Referenz-Prozesskette integrieren lassen.
  • Identifikation von Wirkzusammenhängen zwischen Produktmerkmalen und Prozessparameter zur Erhöhung der Prozessflexibilität und Prozessstabilität der Hairpin-Stator-Produktion.

Forschungs- und Projektpartner:

  • PEM der RWTH Aachen University
  • DAP der RWTH Aachen University
  • Ford Werke GmbH Köln
  • ENGIRO GmbH Aachen
  • AMS Anlagenbau GmbH & Co. KG Vlotho
  • Berg & Co. GmbH Bielefeld
  • thyssenkrupp System Engineering GmbH Bremen

Laufzeit

15.08.2020 - 14.08.2023

Projektträger

Projektträger Jülich (PtJ)

Förderkennzeichen

EFO-0011A

Zuwendungsgeber

Ministerium für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen (MWIDE)

Kontakt

Name

Benjamin N. Dorn

Oberingenieur

Telefon

work
+49 1511 5621064

E-Mail

E-Mail
  Logo Hapipro2 Urheberrecht: © PEM   Logo PTJ   Logo BMWI