Ort der Transformation:
Reallabor
Der Elektromotor ist das zentrale Element der Transformation der Fahrzeugindustrie. Im Zuge der Weiterentwicklung der Elektromotoren hat sich eine innovative Technologie etabliert, bei der biegesteife Flachdrähte – aufgrund ihrer Ähnlichkeit zu Haarnadeln auch engl. Hairpins genannt – im Stator verwendet werden. Die Form der Hairpins ermöglicht eine effizientere Raumnutzung der Statornuten und eine höhere Leistungsdichte im Vergleich zu herkömmlichen Statoren. Das Reallabor bildet insgesamt vier Kerntechnologien der Elektromotorenfertigung ab, wobei der Schwerpunkt auf der Produktion und dem Zusammenbau von Hairpinstatoren liegt.
Für eine Vertiefung zum Thema, lesen Sie gerne auch den Artikel mit dem Titel "Nachhaltigkeit und digitale Innovationen am Beispiel Hairpinelektromotor", geschrieben von den ReTraNetz-BB Projektpartnern des Institus Werkzeugmaschienen und Fabrikbetrieb Technische Universität Berlin (iWF), hier.
Die Herstellung eines Hairpinstators umfasst mehrere Prozessschritte. Dabei kommen in der Serienproduktion vollautomatisierte Anlagen zum Einsatz, während in der Entwicklung und dem Prototypenbau manuell gearbeitet wird. Im Reallabor werden die vier Kernprozesse der Hairpinstatorfertigung abgebildet und mithilfe von kollaborativen Robotern – auch Cobots genannt – sowie eines Kamerasystems durchgeführt. Dieses innovative Vorgehen ermöglicht die effiziente und wirtschaftliche Herstellung von Prototypen sowie Kleinserien an Hairpinstatoren. Im Folgenden werden die vier Kernprozesse vorgestellt:
1. Nutisolation: Um die leitfähigen Kupferdrähte von dem ebenfalls leitfähigen Statorblechpaket zu isolieren, wird im ersten Prozessschritt das Isolationspapier in den Stator eingeführt.
2. Einbringe der Hairpins: Im nächsten Prozessschritt werden die Hairpins in den Stator eingeführt. Dabei muss darauf geachtet werden, dass die unterschiedlichen Hairpinformen jeweils an die korrekte Stelle im Stator gesteckt werden.
3. Aufweiten der eingebrachten Hairpins: Sobald sich alle Hairpins im Stator befinden, sitzen diese nahezu bündig aneinander. Um die Hairpins voneinander zu separieren, muss der Abstand zwischen den Hairpins aufgeweitet werden.
4. Verschränken der Hairpins: Zur Erreichung der höheren Leistungsdichte und zur optimalen Kontaktierung der Hairpins werden die separierten Hairpins verschränkt bzw. getwistet. Dieser Prozessschritt wird mit einer manuellen Anlage durchgeführt.
Die aktuell dominierenden Herausforderungen für die Industrie erfordern eine detaillierte Energieüberwachung. Bei allen Prozessen im Reallabor wird daher der Energieverbrauch erfasst und dokumentiert. Dies dient als Basis, um Energieeinsparpotentiale zu identifizieren und entsprechende Maßnahmen zur Energiereduktion zu entwickeln.
Mithilfe des digitalen Produktionsassistenzsystems, in dem sämtliche Prozessschritte digital abgebildet sind, können die Mitarbeitenden unabhängig von Vor- und Sprachkenntnissen nachvollziehbar durch die Prozessschritte geleitet werden. Daher ist die Integration eines digitalen Produktionsassistenzsystem von großer Bedeutung. Damit leistet das digitale Produktionsassistenzsystem einen Beitrag zur Begegnung des Fachkräftemangels, während die Produktion humanzentriert bleibt.