HaPiPro2

 

E-Motor-Projekt soll NRW als Produktionsstandort vorantreiben

HaPiPro2-Grafik mit einem Hairpin-Stator eines Elektromotors Urheberrecht: © PEM RWTH Aachen

Der Lehrstuhl „Production Engineering of E-Mobility Components“ (PEM) der RWTH Aachen forscht mit zahlreichen renommierten Industriepartnern im Projekt „HaPiPro2“ an der Produktion von Elektromotoren. Zur Weiterentwicklung der relevantesten Komponente, dem sogenannten Hairpin-Stator, wird eine prototypische Demonstrationslinie auf dem Gelände der Ford-Werke in Köln genutzt. Dort sollen unterschiedliche Varianten des für die Leistung und Effizienz entscheidenden E-Motoren-Bestandteils entstehen.

Die fortschreitende Elektrifizierung der weltweiten Fahrzeugflotte führt zu einer zunehmenden Bedeutung von elektrischen Traktionsantrieben (E-Drives) in der Automobilindustrie. Künftig soll nahezu jedes Straßenfahrzeug über mindestens einen Elektromotor verfügen gleichgültig, ob rein batteriebetriebenes Autos, Fahrzeuge mit Brennstoffzelle, Mild- oder Plug-in-Hybride. Ein zentrales Innovationsfeld für E-Drives stelt die Stator-Produktion 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. Dafür 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 Innovationspotenzial liegt im montagetechnisch geprägten Aufbau von Hairpin-Statoren, der kompaktere und leistungsstärkere Traktionsantriebe sowie wirtschaftlichere und großserientaugliche Produktionsverfahren ermöglicht.

Bislang dominieren teure Produktionssysteme

Angesichts der steigenden Nachfrage zu Hairpin-Statoren für E-Drives sind wirtschaftlich-effiziente Ansätze und Methoden erforderlich, die dem Aspekt der Variantenflexibilität gerecht werden und dabei die automobilen Anforderungen an eine hohe Prozessstabilität berücksichtigen. Bestehende Ansätze basieren in der Regel auf stark eingeschränkten Produktgestaltungen sowie redundanten und kostenaufwendigen Produktionssystemen. Das Forschungsziel besteht daher in der Konzeptionierung und Erprobung eines mit Blick auf Variantenflexibilität und Prozessstabilität optimierten Fertigungs-, Produktions- und Prozessdesigns für Hairpin-Statoren. Messbar wird das Ziel durch eine flexible und prozessstabile Demonstrationsproduktion von Hairpin-Statoren, die sämtliche Schritte von der Drahtumformung bis hin zur Sekundärisolation abdeckt. Dies soll ermöglichen, das Gesamtverfahren ganzheitlich zu betrachten, um produktionsprozessübergreifende Abhängigkeit en zu ermitteln zum Beispiel der Einfluss unterschiedlicher Drahtdicken auf das Laserkontaktieren der Kupferleitungen.

Weitere Informationen gibt es in dieser Pressemitteilung.

Kontakt

Name

Florian Brans

Gruppenleiter

Telefon

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+49 1512 9503962

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Das Projekt

  • „HaPiPro2“: Produkt- und Produktionskonzepte für die variantenflexible Hairpin-Stator-Produktion

Forschungsziele

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

Forschungs- und Projektpartner

PEM der RWTH Aachen
DAP der RWTH Aachen
Ford-Werke GmbH
ENGIRO GmbH
AMS Anlagenbau GmbH & Co. KG
Berg & Co. GmbH
thyssenkrupp System Engineering GmbH

Laufzeit

  • 15.08.2020 bis 14.08.2023

Projektträger

Projektträger Jülich (PtJ)

Förderkennzeichen

  • EFO-0011A

Zuwendungsgeber

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