Produktion von Antrieben für die Mobilität von morgen: Methodisches Konstruieren einer Vorrichtung zum prozesssicheren Laserschweißen von Hairpin-Statoren (BA/PA/MA; Schwerpunkt: Konstruktion)

Bildquellen: BMW, PTC

Ausgangssituation:

Durch die zunehmende Verbreitung der Elektromobilität wird sich die hiesige Automobilindustrie grundlegend verändern. Gerade im Bereich der Elektromotorenproduktion steht Deutschland angesichts des intensiven globalen Wettbewerbs stark unter Druck. Neben innovativen Motorenkonzepten sind insbesondere effiziente, flexibel automatisierte Fertigungsprozesse erforderlich um die Wertschöpfung in Deutschland anhaltend zu sichern. Im Zuge der Serienfertigung leistungsfähiger automobiler Traktionsantriebe rückt vor allem die Hairpin-Technologie zusehends in den Fokus. Während konventionelle Wickelverfahren noch mit wenigen Kontaktstellen auskommen, steigt deren Anzahl bei Traktionsantrieben mit Hairpin-Technologie deutlich an. Je nach Motorendesign sind bis zu 180 Kontaktstellen pro Stator üblich. Automatisierbare und prozesssichere Kontaktierungsverfahren sind in der Hairpin-Statorproduktion damit wichtiger denn je.

Während das Laserschweißen durch hohe Automatisierbarkeit, niedrige Taktzeiten und hohe Flexibilität überzeugt, liegt ein wesentlicher Nachteil in der hohen Komplexität des Prozesses. So wird die Qualität einer Schweißnaht von vielen Faktoren, etwa Material-, Strahlqualität und Umwelteinwirkungen, beeinflusst. Auch Abweichungen in vorgelagerten Prozessschritten, etwa Isolationsrückstande vom Abisolieren, gratbehaftete Kanten vom Ablängen oder ein Versatz der Leiter durch fehlerhaftes Biegen und Schränken, beeinflussen das Schweißergebnis merklich. Derartige fertigungsbedingte Abweichungen können wiederum zu Schweißfehlern führen, die zum einen die mechanischen, zum anderen die elektrischen Eigenschaften der Kontaktstelle negativ beeinflussen.

Aus diesem Grund wird ein schnelles, kostengünstiges und Inline-fähiges System benötigt, welches jede einzelne Schweißnaht auf Schweißfehler sowie andere Anzeichen schlechter Qualität überprüft und damit eine gleichbleibend hohe Prozesssicherheit beim Laserschweißen von Hairpins sicherstellt. Dies ist die Zielstellung, an der der Lehrstuhl FAPS gemeinsam mit nahmhaften Partnern aus der Industrie forscht, um so einen prozesssicheren Laserschweißprozess für die Elektromobilproduktion von morgen zu gewährleisten.

Mögliche Aufgabenstellungen:

Im Rahmen dieses Themenbereichs sind generell unterschiedliche Arbeiten zu vergeben – je nach Interesse und Vorwissen. Ziel der vorliegenden Arbeit wäre es, eine Vorrichtung zu konstruieren, mit der sich die Hairpin-Enden vor dem Schweißen sicher einspannen und Lageabweichungen kompensieren lassen:

  • Einarbeitung in die Konstruktion von Spannvorrichtungen
  • Einarbeitung in die relevanten Aspekte des hier betrachteten Laserschweißens von Hairpins
  • Methodisches Konstruieren der Vorrichtung nach bewährten Vorgehensweisen, etwa Pahl/Beitz
  • Testen einzelner Lösungsalternativen im Rahmen von Vorversuchen
  • Implementierung der am besten bewerteten Lösungsalternative
  • Praktische Validierung der Konstruktion durch abschließende Versuchsreihen

    Lasergeschweißter Hairpin-Stator eines elektrischen Traktionsantriebs (Quelle: Trumpf)

Genauere Informationen zu den Themenstellungen werden gerne in einem persönlichen Gespräch erläutert.

Voraussetzungen und Bewerbung:
  • Interesse an der Produktion elektrischer Traktionsantriebe sowie Konstruktion
  • Freude an praktischer Arbeit wie der Durchführung von Experimenten oder der Konstruktion von Vorrichtungen
  • Selbständige und gewissenhafte Arbeitsweise
  • Bewerbungen per E-Mail mit Lebenslauf, aktueller Fächerübersicht und Nennung des bevorzugten Themenkomplexes an andreas.mayr@faps.fau.de sowie johannes.seefried@faps.fau.de (in CC)

Ansprechpartner:

Andreas Mayr, M.Sc., M.Sc.

Johannes Seefried, M.Sc.

 

Beispielhaftes laserbasiertes Kontaktieren von Elektromotoren mit Hairpin-Technologie:

Einsatzfelder des Laserschweißens in der Elektromobilproduktion:

Kategorien:

Forschungsbereich:

Elektromaschinenbau

Art der Arbeit:

Bachelorarbeit, Diplomarbeit, Hauptseminar, Masterarbeit, Projektarbeit, Studienarbeit

Studiengang:

Energietechnik, Informatik, IPEM, Maschinenbau, Mechatronik, Medizintechnik, Wirtschaftsingenieurwesen

Technologiefeld:

Aufbau und Verbindungstechnik, Industrie- und Servicerobotik, Künstliche Intelligenz und Maschinelles Lernen, Medizintechnik, Planung und Simulation, Software Engineering und Deployment