Kernthemen:

  • Weiterentwicklung der Nadelwickeltechnik durch Simulation, Modellierung und praktische Wickelversuche
  • Einführung und Weiterentwicklung automatisierter Bahn- und Trajektorienplanungsalgorithmen
  • Modellbildung und Systemidentifikation des Drahtverhaltens und ?berwachung des Wicklungsprozesses mit Lernf?higen Systemen und Maschinellem Sehen
  • Entwicklung und Aufbau einer modularen Draht-Identifikationseinheit für die datengetriebene Modellierung des Wickeldrahtverhaltens
  • Konzeption und Weiterentwicklung einer innovativen, flexiblen Wickelanlage mit Selective Compliance Assembly Robot Arm (SCARA)
  • Einführung eines automatisierten Produktentstehungsprozesses für die Nadelwickeltechnik

Kurzbeschreibung:

An Traktionsmaschinen für vollelektrische und hybride Elektrofahrzeuge werden hohe Anforderungen in Qualit?t, Leistungsdichte und Kosten gestellt. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, muss neben dem Design der Maschine auch deren Fertigung optimiert werden. Dieser Optimierungsbedarf betrifft auch die Produktion der in den Antrieben verbauten stromführenden Kupferdrahtwicklungen.

Die Nadelwickeltechnik ohne Endscheiben erm?glicht ein exaktes Ablegen von Kupferlackrunddr?hten in die Blechpaketnuten von Statoren elektrischer Antriebe. Diese pr?zise Drahtablage bietet das Potential, maximale Kupferfüllgrade bei kompakter Bauweise zu erreichen und nachgelagerte Prozesseschritte in der Antriebsfertigung zu automatisieren. Aktuelle Marktentwicklungen zeigen zudem, dass fremderregte Synchronmaschinen für den Einsatz im Antriebsstrang von Elektrofahrzeugen zunehmend an Bedeutung gewinnen. Damit erweitert sich der Anwendungsbereich der Nadelwickeltechnik um die Herstellung optimierter konzentrierter Rotorwicklungen.

Im Rahmen der ?ffentlichen F?rderprojekte ?HochflexibleEMProd“ und ?ZukunftEMaschine“ sowie in einer Reihe von kooperativen Forschungsprojekten mit der Industrie konnte am Institut für Innovative Mobilit?t umfangreiches Know-how in der Umsetzung optimierter Wickelschemata mittels Nadelwickeltechnik generiert werden. Gegenstand aktueller Forschung ist die Bündelung und Erg?nzung des vorhandenen Prozesswissens in einem automatisierten Produktentstehungsprozess mit dem Ziel, Innovationszyklen zu beschleunigen sowie Aufwand und Kosten für die Umsetzung neuer Wickelprodukte zu senken.

ZukunftEMaschine: Einführung und Weiterentwicklung einer automatisierten Trajektorienplanung zur hochflexiblen Herstellung von Statorwicklungen im Elektromaschinenbau

Der Industriestandard für die Herstellung von Drehfeldstatoren mit Kupferrunddr?hten ist die Einziehtechnik. Diese besitzt Nachteile, die sich vor allem im Bereich der Elektromobilit?t zeigen. Zum einen sind der Kupferfüllgrad und damit die Leistungsdichte begrenzt. Zum anderen sind bei nachgelagerten Prozessen in der Fertigung viele manuelle T?tigkeiten notwendig, die zu hohen Stückkosten und gr??eren Abweichungen in der Qualit?t führen.

Ziel dieses Forschungsprojekts der F?rderrichtlinie FHprofUnt ist die Weiterentwicklung und Optimierung der Nadelwickeltechnik hin zu einem digitalen Produktentstehungsprozess, der – ?hnlich zu CAD/CAM – eine automatisierte Umsetzung der elektromagnetisch optimierten Wicklung auf flexiblen Nadelwicklern erm?glichen soll. Die Realisierung dieses Prozesses erfordert die Bearbeitung abwechslungsreicher Themenfelder wie automatisierte dynamische Trajektorienplanung, Konzeption innovativer Wickelkonzepte, Drahtzugmodellierung und -Regelung, Nutzung Lernf?higer Systeme zur Prozessoptimierung und Entwicklung von Automatisierungskonzepten für nachgelagerte Fertigungsschritte.

HochflexibleEMProd: Anlage zur hochflexiblen Statorfertigung von Antrieben für Elektrofahrzeuge im Umfeld von Industrie 4.0

Durch eine Nadelwickelanlage mit intelligenter Steuerung sollen die Grundideen von Industrie 4.0 im Bereich der Elektromotorenproduktion umgesetzt werden. Dadurch wird eine enge Verzahnung von Auslegung, Produktionstechnologie und dem realen Produkt m?glich und es besteht das Potential, Kosten zu senken und die Produkteigenschaften zu verbessern.

Im Rahmen des F?rderprojektes ?Anlage zur hochflexiblen Statorfertigung von Antrieben für Elektrofahrzeuge im Umfeld von Industrie 4.0 (HochflexibleEMProd)“ der F?rderrichtlinie FHInvest konnte eine Anlage an der Technischen 2024欧洲杯开户_欧洲杯APP下载-投注|官网 Ingolstadt realisiert werden, mit der sich die beschriebenen Ziele verfolgen lassen. Das Projekt umfasste die Beschaffung einer hochflexiblen Nadelwickelanlage, einer Draht-Identifikationseinheit, sowie weiterer für den Betrieb erforderliche Einzelkomponenten.

Eine Programmierung der Wickelanlage über den neuen Ansatz der intelligenten Trajektorienplanung war aufgrund vorangegangener Projekte bereits zur Inbetriebnahme m?glich. Ebenso vor Projektstart erfolgte eine grundlegende Untersuchung des Drahtspannungsverhaltens mit Handvorrichtungen. Die Entwicklung eines detaillierten Drahtspannungsmodells, welches zur Regelung der Drahtspannung unerl?sslich ist, erfolgt darauf aufbauend mit der im Projekt realisierten Draht-Identifikationseinheit.

Die auf der Wickelanlage produzierten Prototypen lassen sich unter Anwendung Lernf?higer Systeme wissenschaftlich analysieren. Die Analyse wiederum erm?glicht die Optimierung von Produkt und Fertigungsprozessen. Die get?tigten Investitionen bilden daher seit Ende 2018 die Grundlage für die Weiterentwicklung der Nadelwickeltechnik am Institut für Innovative Mobilit?t und werden auch zukünftig viele wertvolle Erkenntnisse für die Forschung an der Technischen 2024欧洲杯开户_欧洲杯APP下载-投注|官网 Ingolstadt liefern.

Relevante Literatur:

Ver?ffentlichungen
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  • M. Kohler, M. Gerngro? and C. Endisch, A Test Bench Concept and Method for Image-Based Modeling of Geometric Wire Bending Behavior in Needle Winding Processes, 2022 IEEE 31st International Symposium on Industrial Electronics (ISIE) (2022), 1113-1120, doi: 10.1109/ISIE51582.2022.9831494.
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  • P. Stenzel, P. Dollinger, J. Richnow, T. Bader, J. Franke und C. Endisch, Experimental Investigations of the Needle Winding Technology Regarding the Influence of the Wire Guide Geometry on the Tensile Wire Force, 2015 IEEE Conference Publication, International Conference on Industrial Technology (IEEE ICIT), Seville, Spain (2015) 2642-2649. https://doi.org/10.1109/ICIT.2015.7125487
  • P. Stenzel, P. Dollinger, D. Mihajlovic, J. Richnow, J. Franke und C. Endisch, Needle Winding for Distributed Round-Wire-Windings without the Use of Insulation Disks, 2014 IEEE Conference Publication, 4th International Conference of Electric Drives Production (EDPC), Nuremberg (2014) 1-7. https://doi.org/10.1109/EDPC.2014.6984387
Dissertationen
  • Martin Gerngro? (2022): Einsatz lernf?higer Systeme zur Modellbildung und Regelung von Nadelwickelprozessen. Dissertation. Shaker Verlag (Berichte aus der Elektrotechnik). ISBN: 978-3-8440-8429-0.
  • Patrick Ludwig Herrmann (2021): Automatisierte Trajektorienplanung für die Nadelwickeltechnik. Dissertation. Technische Universit?t München, München. Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik. http://mediatum.ub.tum.de/node?id=1574228.
  • Peer Stenzel (2017): Gro?serientaugliche Nadelwickeltechnik für verteilte Wicklungen im Anwendungsfall der E-Traktionsantriebe. Dissertation. Friedrich-Alexander-Universit?t Erlangen-Nürnberg, Erlangen-Nürnberg. Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS). https://doi.org/10.25593/978-3-87525-425-9
  • Jan Peter Richnow (2016): Untersuchungen zur Optimierung der Fertigung von Drehfeldstatoren für Traktionsantriebe. Dissertation. Universit?t der Bundeswehr München, München. ISBN: 9783844048490
Patentanmeldungen
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  • M. Gerngro?, P. Herrmann, M. Bathe und C. Endisch, Wickelnadel, Wickelsystem für Drahtwicklungen und Verfahren zur Herstellung einer Drahtwicklung, DPMA-Aktenzeichen 102019207865.6, 2019.
  • M. Gerngro?, P. Herrmann, C. Westermaier und C. Endisch, Wickelnadel, Wickelvorrichtung zum Herstellen von aus Draht gebildeten Umwicklungen eines Stators, Stator für eine elektrische Maschine und Verfahren zum Herstellen eines Stators, DPMA Publication number 102018214701.9, 2018.
  • P. Herrmann, M. Gerngro?, C. Westermaier und C. Endisch, Verfahren und Wickelmaschine zum automatisierten Herstellen einer Spulenwicklung unter Berücksichtigung des Drahtdurchmessers, DPMA Publication number 102017006083.5, 2017.
  • M. Gerngro?, P. Herrmann, P. Uhlmann und C. Endisch, Nadelwickelvorrichtung, DPMA Publication number 102016014371.1, 2016.
  • P. Stenzel, P. Dollinger and C. Endisch: Wicklungstr?ger, insbesondere Stator oder Rotor einer Drehstrom-Elektromaschine und Verfahren zur Herstellung der Wicklung eines Wicklungstr?gers, DPMA Publicaton number DE102013000370 A1, 2014.

Ansprechpartner

Wissenschaftlicher Mitarbeiter Institut für Innovative Mobilit?t (IIMo)
Markus Kohler, M.Sc.
Tel.: +49 841 9348-6426
Raum: S421
E-Mail:

Projektpartner

F?rderung

Beide Projekte werden gef?rdert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen des F?rderprogramms Forschung an Fachhochschulen (F?rderkennzeichen ZukunftEMaschine 13FH210PX6, F?rderkennzeichen Hochflexible EMProd 13FH077IN6).