Integrative Fertigung von Isolationssystemen im Elektromaschinenbau

Getrieben durch den Wandel zur Elektromobilität und die zunehmende Nachfrage nach elektrifizierten Fahrzeugen und Antriebssträngen verändert sich die Entwicklung der elektrischen Antriebstechnik fortlaufend. Zur Reduzierung der Herstellkosten und Erreichung der Wirtschaftlichkeit bedarf es einen hohen Automatisierungsgrad der Produktion bei geringen Ausschussraten. Produktseitig werden zudem eine hohe Leistungsdichte und ein optimaler Wirkungsgrad der elektrischen Antriebsmaschine bei wenig Bauraum gefordert. Im Kern der Entwicklung befindet sich das Isolationssystem des Stators, das sowohl die gesamte Lebensdauer als auch über dessen Temperaturbelastbarkeit und Spannungsfestigkeit die Leistung des Motors bestimmt. Konventionelle Methoden zur abschließenden Applikation der Tränkharze sind hier meist das Träufelimprägnieren oder ein Vollverguss des Stators. Hierbei sind jedoch oft lange Prozesszeiten, eine geringe Reproduzierbarkeit der Bauteile und die geringe Wärmeleitfähigkeit der Harze nachteilig.

Ein hohes Potential als Ansatz zur Verbesserung der Imprägnierung und Leistungsfähigkeit von Statorwicklungen bildet der Duroplastspritzguss. Dieser bietet im Vergleich zu konventionellen Isolationstechnologien die Vorteile der kurzen Taktzeit und der weitreichenden Prozessüberwachung. Dadurch können in der Fertigung von E-Motoren hohe Stückzahlen bei gleichbleibender Bauteilqualität und optimierten Produkteigenschaften erreicht und gleichzeitig die Fertigungskosten gesenkt werden. Weiterhin können durch den Einsatz von Füllstoffen die Wicklungen besser gekühlt und damit die Leistungsdichte der Motoren erhöht werden.

Ziel des Vorhabens INFINITE ist die Generierung eines Prozessverständnisses zur Isolierung von Statoren im Duroplastspritzguss. Hierfür werden notwendige Prozessgrundlagen wie der Werkstoff, die Vortemperierung der Bauteile, die Werkzeug- und Abdichttechnik, die Prozessführung sowie daraus resultierenden Statoreigenschaften untersucht. Auf Basis der zu erarbeitenden Grundlagen können künftige Prozessfenster zur groß-serientauglichen Herstellung von Statoren im Duroplastspritzguss abgeleitet werden.

Das Forschungsprojekt INFINITE wird durch die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie gefördert und im Verbund mit industriellen sowie wissenschaftlichen Partnern durchgeführt. Der Lehrstuhl FAPS beteiligt sich in diesem Projekt in den kommenden zwei Jahren mit der Erforschung der für den Duroplastspritzguss wichtigen Prozessparameter zur vollständigen Isolation von Statoren.

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