Eine „Produktionstechnologie für die serienflexible Herstellung von Stator- und Rotorpaketen“ steht im Fokus des Verbundprojekts ProStaR. Erfahren Sie mehr darüber: im Interview mit Verbundprojektkoordinator Dr. Michael Alsmann, Leiter Entwicklung & Innovation bei der Volkswagen AG, sowie in einem Projektbericht.
1. Welche Bedeutung hat das Verbundprojekt für Ihr Unternehmen?
Der Zusammenschluss aller Projektpartner stellt eine große Chance für die Elektromobilität bei Volkwagen dar. Es kann die gesamte Prozesskette von der Elektroblechherstellung bis zur Endverarbeitung sowie der Lebenszyklus des Elektromotors im Fahrzeug betrachtet werden. So ist es möglich, über die gesamte Fertigungsprozesskette alle Stellschrauben zur Wirkungsgradsteigerung des Elektromotors zu nutzen. Im Ergebnis steht eine innovative und effiziente Fertigungstechnologie zur Verfügung, die bei geringen Stückzahlen von Elektromotoren für den Automobileinsatz eine wirtschaftliche Fertigung von Elektromotoren zulässt. Deshalb wird diese alternative Technologie im Rahmen von ProStaR entwickelt, damit eine Senkung der Herstellkosten im Hinblick auf die Großserienfertigung erfolgen kann. Dadurch können Elektrofahrzeuge für den Kunden attraktiver gemacht werden und somit wird ein wichtiger Beitrag zum Durchbruch der E-Mobilität geleistet.
2. Wie können andere Unternehmen von den Projektergebnissen profitieren?
Bei einer erfolgreichen Umsetzung der Projektziele können auch andere Firmen von diesen Ergebnissen und der neu entwickelten serienflexiblen Fertigungstechnologie profitieren. Die hervorgebrachten Innovationen können für weitere Elektromotorkomponenten angewendet werden und somit die Wirtschaftlichkeit bei der Herstellung von E-Antrieben erhöhen. Dies bringt auf lange Sicht einen Wettbewerbsvorteil und kann Arbeitsplätze sichern oder auch neue schaffen. Viele Teilergebnisse, die im Laufe des Projekts erarbeitet werden, sind auf andere Anwendungen übertragbar und verbessern damit weitere Prozesse und Produkte nachhaltig.
3. Was zeichnet ein BMBF-Verbundprojekt aus?
Ein BMBF-Verbundprojekt zeichnet sich durch das systematische und interdisziplinäre Lösen von neuen und komplexen Fragestellungen für zukunftsweisende Prozesse und Produkte aus. Denn nur durch den Zusammenschluss der an der Prozesskette involvierten Partner innerhalb solcher Verbundprojekte können Forschungsinstitute, Universitäten und Wirtschaft diese wegweisenden Projekte realisieren und mit der Kompetenz und dem fachlichen Hintergrund jedes einzelnen unterstützen.
Über ProStaR:
In ProStaR dreht sich alles um die Herstellung der Herzstücke des Elektromotors, dem Stator und Rotor. Diese wandeln die elektrische Energie in Bewegungsenergie um. Sie sind dabei aus einer Vielzahl von Elektroblechlamellen zu einem Paket gebündelt. Die Anforderungen an die Lamellenpakete hinsichtlich des Wirkungsgrads, der Leistungsdichte und des Leistungsgewichts sind enorm hoch. Um diesen zu genügen, sind neue Fertigungstechnologien erfoderlich.
Eine innovative Werkzeugtechnologie, bei der der Fügeprozess der Einzellamellen durch eine Kalt- oder Warmklebtechnik in den Stanzprozess integriert wird, spielt eine zentrale Rolle. Durch das flächige Verkleben der einzelnen Lamellen wird der Freiheitsgrad bei der Auslegung der Blechgeometrie erhöht und erlaubt somit die Herstellung wirkungsgradoptimierter Motoren. Zusätzlich sollen dünnere und innovative Isolationsschichten durch Plasmapolymerisation realisiert werden, die den Wirkungsgrad zusätzlich steigern und mit denen ein höherer Stapelfaktor erzielt werden kann. Durch die Integration der verschiedenen Prozessschritte ist eine deutliche Kostenreduktion bei der Elektromotorfertigung zu erwarten.
Optimierte Elektroblechgüten
Das Elektroblech gibt die wesentlichen magnetischen und mechanischen Eigenschaften für die Lamellenpakete für Stator und Rotor vor. Deshalb wird nach neuen Elektroblechgüten geforscht, die für den Automobileinsatz optimale Eigenschaften mit sich bringen. Neben der Prozesskette der Elektroblechherstellung müssen dazu auch die sich einstellenden Oberflächen durch neue Glühprozesse betrachtet werden. Diese Oberflächeneigenschaften haben einen wesentlichen Einfluss auf die Beschichtungsmöglichkeiten.
Neuartige Oberflächenvorbehandlung
Die zu erzielenden dünnen Klebstoffschichten benötigen neue Oberflächenbehandlungen, um eine optimale Benetzung als auch Isolation zwischen den einzelnen Blechen sicherzustellen. Die Plasmapolymerisation bitet eine gute Möglichkeit. Die Nachteile stellen dabei eine großflächige Beschichtungsbreite, sowie die zu erreichende Prozessgeschwindigkeit dar. Deshalb soll innerhalb des Projektes die Integration der Plasmapolymeristation in die Prozesskette vorangetrieben und die Technik weiterentwickelt werden.
Innovatives Paketierverfahren
Zur Fertigung der wirkungsgradoptimierten Lamellenpakete entwickeln die Projektpartner ein neues Paketierverfahren. Dazu wird ein Werkzeug benötigt, mit dem das Kleben in einem Prozess mit dem Zuschnitt der einzelnen Lamellen stattfinden kann. Die Herausforderung liegt hierbei in der Applikation und der Aktivierung des Klebstoffes innerhalb des Werkzeugs. Zudem müssen die thermische Prozesstechnik und die für das Werkzeug benötigte Länge beachtet werden. Die Temperaturregulierung des Werkzeugs in der Presse stellt beim Einsatz der warmhärtenden Klebstoffsysteme eine besondere Schwierigkeit bei der Umsetzung dar.
Betriebsorientiertes magnetisches Messkonzept
Ein betriebsorientiertes magnetisches Messkonzept zur Bewertung der Wirkungsgradverbesserungen rundet das Forschungsprogramm ab. Durch dieses Messkonzept sollen die magnetischen Verbesserungen durch die neue Fertigungstechnologie bewertbar gemacht werden. Diese betriebsorientierte Messung ist mit den heute zur Verfügung stehenden Messsystemen nicht vergleichbar. Es kann der magnetische Fluss wie er im Einsatz des Motors später vorliegt in den Stator eingebracht werden und das magnetische Verhalten über die einzelnen Zähne und das Joch des Stators bewertet werden.
Die Entwicklung einer neuen und effizienten Fertigungstechnologie steht im Fokus von ProStaR, Bildquelle Volkswagen AG
