Prozessketten zum Laserstrahlschweißen von flachleiterbasierten Formspulenwicklungen für automobile Traktionsantriebe

Process chains for laser welding of bar-wound windings with rectangular cross section for automotive traction drives

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:29-opus4-148531
  • Angetrieben durch die Elektrifizierung des automobilen Antriebsstrangs durchlaufen elektrische Maschinen eine rasante Entwicklung. Vor diesem Hintergrund erfolgt insbesondere die Optimierung der Wicklung, wobei die Formspulentechnologie in Kombination mit rechteckigen Leiterquerschnitten in den Fokus rückt. Diese ersetzt komplexe Wickelverfahren durch deterministische Umform-, Montage- und Fügeverfahren, woraus sich Vorteile in der Serienproduktion ableiten lassen. Zusätzlich werden produktseitige Optimierungen, wie z.B. die Erhöhung des mechanischen Kupferfüllfaktors, ermöglicht. Eine wesentliche Problemstellung beim Einsatz von Formspulenwicklungen liegt darin, dass bei der HerstellungAngetrieben durch die Elektrifizierung des automobilen Antriebsstrangs durchlaufen elektrische Maschinen eine rasante Entwicklung. Vor diesem Hintergrund erfolgt insbesondere die Optimierung der Wicklung, wobei die Formspulentechnologie in Kombination mit rechteckigen Leiterquerschnitten in den Fokus rückt. Diese ersetzt komplexe Wickelverfahren durch deterministische Umform-, Montage- und Fügeverfahren, woraus sich Vorteile in der Serienproduktion ableiten lassen. Zusätzlich werden produktseitige Optimierungen, wie z.B. die Erhöhung des mechanischen Kupferfüllfaktors, ermöglicht. Eine wesentliche Problemstellung beim Einsatz von Formspulenwicklungen liegt darin, dass bei der Herstellung eine große Anzahl an Kontaktstellen zu realisieren ist. An diese werden herausfordernde mechanische und elektrische Anforderungen gestellt. Eine im Rahmen dieser Dissertation durchgeführte Analyse kommt zu dem Ergebnis, dass Lasertechnologien die größten Potentiale zur Kontaktierung von flachleiterbasierten Formspulenwicklungen zeigen. Daher wird eine Untersuchung des Abtrags der Lackisolation von Kupferleitern unter Berücksichtigung verschiedener Lasertechnologien durchgeführt. Zur Realisierung der Fügeaufgabe werden leistungsstarke infrarote Laser eingesetzt und es erfolgt eine umfassende Ermittlung der Wirkbeziehungen zwischen Prozessgrößen, Werkstückeigenschaften sowie den erzielbaren Kontaktstelleneigenschaften. Auf Grundlage der Erkenntnisse wird eine exemplarische Herstellungskette für offene Formspulenwicklungen analysiert und mit einer Systematik quantifiziert, wie sich prozesskettenübergreifende Abhängigkeiten auf den Kontaktierungsprozess auswirken. Die Ausarbeitung schließt mit einem Konzept, das die Nutzung der ermittelten Zusammenhänge zur Umsetzung eines stabilen Kontaktierungsprozesses im Kontext der Prozesskette zur Herstellung von Formspulenwicklungen vorstellt.show moreshow less
  • Driven by the electrification of the automotive power train, electrical machines are developing rapidly. In this context, especially the winding is optimized, focusing bar-wound windings with rectangular cross sections. This approach replaces complicated winding processes by bending, assembling and joining technologies, that can be controlled easier. Derived from this, advantages in series production can be quoted as well as product-related benefits like an enhancement of the copper fill ratio. Manufacturing of the high number of contacts poses a substantial challenge for the application of bar-wound windings, as they have to comply with extensive mechanical and electricalDriven by the electrification of the automotive power train, electrical machines are developing rapidly. In this context, especially the winding is optimized, focusing bar-wound windings with rectangular cross sections. This approach replaces complicated winding processes by bending, assembling and joining technologies, that can be controlled easier. Derived from this, advantages in series production can be quoted as well as product-related benefits like an enhancement of the copper fill ratio. Manufacturing of the high number of contacts poses a substantial challenge for the application of bar-wound windings, as they have to comply with extensive mechanical and electrical requirements. In this dissertation an analysis comes to the result, that laser technologies show considerable potentials for the contacting of bar-wound windings with rectangular cross-sections. For this reason, the removal of the insulation from copper conductors by means of different laser technologies is examined. Powerful infrared lasers are applied to realize the joining task and interdependencies between process variables, workpiece properties and the quality of the contact produced are investigated. Based on the findings, a generic manufacturing chain for opened bar-wound windings is analyzed and the impact of dependencies overarching the process chain is quantified with a systematics. The dissertation closes with a concept, showing how the findings of this work can be used to realize a stable contacting process in the context of the production chain for bar-wound windings.show moreshow less

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Metadaten
Author:Tobias Gläßel
Persistent identifiers - URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus4-148531
Persistent identifiers - DOI:https://doi.org/10.25593/978-3-96147-357-1
ISBN:978-3-96147-357-1
Series (Volume number):FAU Studien aus dem Maschinenbau (354)
Publisher:FAU University Press
Place:Erlangen
Editor:Jörg Franke, Nico Hanenkamp, Marion Merklein, Michael Schmidt, Sandro Wartzack
Referee:Jörg Franke, Peter Hoffmann
Advisor:Jörg Franke
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of publication:2020
Date of online publication (Embargo Date):2020/10/30
Publishing Institution:FAU University Press
Granting institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Technische Fakultät
Acceptance date of the thesis:2020/07/22
Release Date:2020/11/02
Tag:Formspulenwicklung; Hairpinwicklung; Isolationsabtrag; Kontaktierungstechnologie; Kupferdraht; Laserstrahlschweißen
SWD-Keyword:Elektrische Maschine; Wicklung; Elektrischer Kontakt; Flachdraht; Kontaktieren; Laserschweißen; Prozesskette; Fertigung; Ingenieurwissenschaften; Maschinenbau; Produktionstechnik
Length/size:xiv, 206 Seiten
Notes:
Parallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press, ISBN: 978-3-96147-356-4
Original publication:mb.fau.de/diss
Institutes:Technische Fakultät / Department Maschinenbau
Technische Fakultät / Department Maschinenbau / Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS)
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 60 Technik / 600 Technik, Technologie
6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 621 Angewandte Physik
6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 67 Industrielle Fertigung / 670 Industrielle Fertigung
6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 67 Industrielle Fertigung / 671 Metallverarbeitung und Rohprodukte aus Metall
open_access (DINI-Set):open_access
Collections:Universität Erlangen-Nürnberg / FAU University Press
Licence (German):Creative Commons - CC BY-NC - Namensnennung - Nicht kommerziell 4.0 International
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