Forschungsfortschritt bei Bau von Hairpin-Statoren

Der Lehrstuhl „Production Engineering of E-Mobility Components“ (PEM) der RWTH Aachen hat das Forschungsprojekt „anfaHair“ nach zwei Jahren abgeschlossen. Ziel des Vorhabens war es, die Produktion neuartiger Elektromotoren im industriellen Maßstab effizienter zu machen.

Dazu entwickelte das PEM-Team gemeinsam mit dem Berliner Maschinenbau-Unternehmen Röscher vier potenziell marktfähige Fügetechnologien für den Herstellungsprozess von Hairpin-Statoren als diejenige Komponente von E-Motoren, die für deren Leistung und Effizienz entscheidend sind. Das Projekt „anfaHair“ – kurz für „Anfangsfestes Fügen in der Hairpin-Technologie“ – lief von Anfang Februar 2021 bis Ende Januar 2023 und wurde von der Bundesregierung gefördert.

„Wir haben die neuen Fügeverfahren ausgiebig erprobt und ihre Anwendbarkeit in der Hairpin-Stator-Produktion konkret demonstriert“, resümiert PEM-Lehrstuhlleiter Professor Achim Kampker. „Dabei haben wir für alle Verfahren technologisch und wirtschaftlich sinnvolle Anwendungsfälle ermittelt.“ Die Hairpin-Bauweise mit ihrem Steckspulenaufbau aus massiven Kupferdrähten verdränge zunehmend die konventionellen Drahtwickeltechniken.

In der entsprechenden Prozesskette steht aktuell zwar die Laserkontaktierung der zahlreichern Kupferenden im Mittelpunkt, doch laut PEM führen Schweißfehler in der Serienfertigung bislang zu hohen Ausschussraten und einer geringen Anlageneffizienz. Das Forschungsvorhaben sollte die beiden Prozesse der geometrischen Schweißnahtvorbereitung und des anschließenden Kontaktierens voneinander entkoppeln und ein exaktes Fügeverfahren hervorbringen. „Danach sollte das Vorgehen in die Hairpin-Prozesskette integriert werden, wo es eine reproduzierbare und formstabile Ausrichtung der Kupferdrähte vor dem Schweißen ermöglichen und damit sowohl die Qualität als auch die Stabilität der Gesamtprozesskette erhöhen soll“, führt das PEM in einer Mitteilung aus.

Die Ergebnisse aus dem „anfaHair“-Projekt sollen nun in Form von wissenschaftlichen und industriellen Vorhaben weitergenutzt werden. Projektpartner Röscher plant konkret, die im Zuge des Projekts aufgebaute Prototypenstation für industrielle und serielle Anwendungen weiterzuentwickeln. Erste Anfragen aus anderen Unternehmen lägen bereits vor, heißt es. Parallel dazu werde die Anwendbarkeit des Systems in artverwandten Bereichen erprobt.

Die RWTH Aachen befasst sich auf unterschiedlichen Ebenen mit Statoren. So beteiligt sich die das PEM-Team auch an dem Projekt HaPiPro², das die flexible Fertigung von Stator-Varianten mit Hairpin-Wicklungen auf einem Produktionssystem zum Ziel hat.

Um was für ein Marktpotenzial es geht, machte Benjamin Dorn, Oberingenieur des PEM an der RWTH Aachen, jüngst bei in einem Vortrag im Zuge unserer Online-Konferenz „elective.net LIVE“ deutlich. Er schätzt, dass in Europa bis 2030 kumuliert 185 Millionen E-Motoren gebraucht werden. Hier geht es zum vollständigen Vortrag.
pem.rwth-aachen.de