Produktionstechnik

J. v. Lindenfels, A. Kühl, J. Franke / Annina Schopen,

Wie Forschung die E-Mobility vorantreibt

Für die Elektromobilität ist die Weiterentwicklung der Produktionstechnik eine große Herausforderung. Die Entwicklungsleistung der Industrie wird dabei von der Forschung aktiv begleitet, unter anderem vom Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS) der Universität Erlangen-Nürnberg.

Im Technikum der Forschungsgruppe Elektromaschinenbau auf dem ehemaligen AEG-Gelände werden Technologien und Prozesse greifbar. © FAPS

Die Automobilbranche befindet sich im Umbruch, und es wird deutlich, dass die Elektromobilität mittlerweile bei allen OEM angekommen ist. Neben der Speichertechnologie ist insbesondere die Weiterentwicklung der Produktionstechnik, ausgehend von klassischen Industrieantrieben hin zu leistungsdichten Traktionsantrieben, eine große Herausforderung. Die Entwicklungsleistung der Industrie wird von der Forschungswelt aktiv begleitet. Der Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS) der Universität Erlangen-Nürnberg ist eines dieser Institute, welches über die Forschungsgruppe Elektromaschinenbau dazu beiträgt. Hier arbeiten Wissenschaftler an der Entwicklung und Wissensvermittlung zukünftiger Technologien zur Herstellung von elektrischen Maschinen.

Das Potenzial des Elektromotors als automobiler Traktionsantrieb wurde früh erkannt, konnte sich vor 100 Jahren jedoch zunächst nicht durchsetzen. In dieser Zeit entwickelte er sich zu einer Schlüsselkomponente der Industrieautomatisierungstechnik und ist heute im Spannungsfeld zwischen ehrgeizigen Klimazielen und intelligenter Automatisierung nicht wegzudenken. Im Kontext der Elektromobilität liegen die Herausforderungen in höchsten Leistungsdichten-, Qualitäts-, Kosten- und Taktzeitzielen. Die mit Hinblick auf steigende Variantenvielfalt nötige Flexibilität war bisher nur durch manuelle Prozesse zu realisieren. Dies führt jedoch insbesondere bei der Herstellung von elektrischen Wicklungen und dem Verschalten zu hohen Aufwänden. Zudem bestehen nur selten robuste Automatisierungslösungen, welche die steigenden Produktanforderungen wie höchste Füllgrade und kompakte Bauräume realisieren können.

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Die heutige Forschungsgruppe Elektromaschinenbau ist aus dem Bayerischen Technologiezentrum für elektrische Antriebstechnik (E|Drive-Center) am Lehrstuhl FAPS hervorgegangen. Hier werden Antriebskonzepte und zugehörige Produktionstechnologien mit Hinblick auf eine Übertragung der gewonnenen Erkenntnisse in die industrielle Anwendung erforscht. Hierzu gehört die Analyse und Optimierung der Anwendung, der fertigungsnahen Auslegung und der Produktionsprozessgestaltung sowie Qualitätssicherung von Komponenten und Systemen der elektrischen Antriebstechnik.

Laserschweißen von Hairpinstatoren mittels neuester Anlagentechnik von Erlas/Trumpf. © FAPS

In großflächigen Labor- und Büroräumen auf dem ehemaligen AEG-Gelände in Nürnberg bilden Technologiedemonstratoren alle wesentlichen Fertigungs- und Montageschritte ab. Ausgehend von der Verarbeitung von weichmagnetischen Werkstoffen, wird als ergänzende Alternative der kontinuierliche Prozess des Rotationsschneidens untersucht. Daneben werden laserbasierte Prozesse zum Trennen und Fügen von Banderzeugnissen und Kupferwerkstoffen untersucht. Für die Herstellung von wicklungstechnischen Erzeugnissen stehen verschiedene flexible Anlagen zur Verfügung. So werden auch roboterbasierte Verlegeverfahren für Hochfrequenzlitzen untersucht, welche die Fertigung komplexer Spulengeometrien für induktive Ladesysteme ermöglichen. Im eigenen Magnetlabor werden Materialeigenschaften wie Temperatur- und mechanische Spannungsabhängigkeiten von hart- und weichmagnetischen Halbzeugen und Bauteilen untersucht.

Neben der universitären Kompetenzvermittlung an junge Ingenieurinnen und Ingenieure fördert der Lehrstuhl FAPS mit der Beteiligung an verschiedenen Netzwerken, wie den Cluster-Initiativen für Mechatronik und Automation, Automotive und Umwelttechnologie oder der Forschungsvereinigung FVA im VDMA die Automobil- und Luftfahrtindustrie bei dem verstärkten Einsatz der elektrischen Antriebstechnik. Seit Mai 2010 konnte bereits eine Vielzahl an Forschungs- und Industrieprojekten abgeschlossen oder gestartet werden. Darüber hinaus trägt der Lehrstuhl mit direkten Kooperationsprojekten und eigenen Veranstaltungsformaten gezielt zum Wissenschaftstransfer im Bereich der elektrischen Antriebstechnik in die Industrie bei. Es werden zahlreiche Workshops, Vorträge und Technologie-Präsentationen durchgeführt. Etablierter Kern des jährlichen Wissensaustausches sind die anwenderorientierten Seminartage „Produktion elektrischer Antriebe“ und die IEEE-Konferenz „Electric Drives Production Conference (EDPC)“. Die EDPC stellt eine international einmalige wissenschaftliche Tagung auf dem Gebiet der Produktion elektrischer Antriebe dar und soll am 8. und 9. Dezember 2020 in Ludwigsburg stattfinden. Im Rahmen dieser Plattform präsentieren nationale und internationale Aussteller und Referenten aus Industrie und Forschung die neusten Ansätze in der Herstellung von Elektromotoren. Im Rahmen der 10. EDPC werden im Jahr 2020 neben Kernthemen wie der Wickeltechnik, Isolationstechnik und Magnetwerkstoffen die elektrische Luftfahrt fokussiert.

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