GFB - Green Factory BAVARIA

Energieeffiziente Isolationsprozesse auf Duroplastbasis für den Elektromaschinenbau

Zielsetzung

Das Projekt hat zum Ziel, durch mittel- und langfristige Forschungsansätze den Energieverbrauch der Prozesse zum thermischen Aushärten von Sekundärisolationen bei Elektromotoren erheblich zu reduzieren. Durch simulationsbasierte Wertstromanalysen sollen erste Energieeinsparungen vorrangig auf Basis eines optimierten Fertigungsablaufs erzielt werden. Diese sollen zusätzlich durch die Untersuchung neuartiger effizienter Verfahren wie dem Induktivaushärten und dem Kaltverguss ergänzt werden, um bestehende Prozesse zukünftig durch effiziente Alternativen ablösen zu können. Diese werden hierzu hinsichtlich ihrer qualitativen und quantitativen Eigenschaften verglichen und die Eignung für eine Serienproduktion simulativ abgeschätzt.



Lösungsansätze

Eine energetische Optimierung bestehender Fertigungsprozesse erfordert eine intensive Auseinandersetzung mit geeigneten Mess- und Aufnahmemethoden. Hierzu wurden am FAPS bereits intensive Vorarbeiten geleistet. Mittels mobiler Energiemesskoffer können Fertigungsprozesse direkt vor Ort bei Industriepartnern aufgenommen werden. Die hieraus gewonnenen Daten fließen in Wertstromsimulationen auf Basis der Software Plant Simulation. Mit am FAPS entwickelten Erweiterungen zur Abbildung von Energieverbräuchen und Temperaturverläufen können die gewonnenen Daten visualisiert, und zur Optimierung des Fertigungsablaufes genutzt werden. Thermische Aushärteverfahren werden auch zukünftig zur Herstellung von Sekundärisolationen notwendig sein, da aus Materialperspektive bislang keine Alternativen zur kombinierten thermischen Kopplung und Isolation bekannt sind. Ziel muss hier sein, bestehende Prozesse zu optimieren (geringes Potential), oder bekannte Prozesse durch neue, effiziente zu substituieren. Genau diesen Ansatz verfolgt das Projekt mit der intensiven Auseinandersetzung zweier Verfahren die erhebliches Potential zur Energieeinsparung beherbergen: Das induktive Aushärten von Isolationsharzen und das Vollvergießen mit selbsthärtenden 2K-Materialien. Zusätzlich wird die induktive Aushärtung auch in Kombination mit dem Pulverbeschichten als Nutgrundisolation energetisch untersucht und deren Eignung als Alternative zu bestehenden Isolationspapieren beurteilt.





Ergebnisse

Das Projekt befindet sich derzeit in der Anfangsphase; die entsprechenden Anlagen werden derzeit in die Hallenstruktur des E|Drive-Centers integriert und mit allen nötigen Peripheriemodulen (Zuführung, Harztauchbecken, Greifertechnologien) versehen. Eine simulative Modelllinie zur Gegenüberstellung verschiedener bestehender Imprägnier- und thermischer Aushärteverfahren befindet sich im Aufbau. Als erste Innovation konnte ein Universalgreifer auf Basis eines dehnbaren Silikonbalges entwickelt werden. Die hohe Reißdehnung von Silikon in Verbindung mit einer hohen Dauertemperaturfestigkeit, machen diesen Werkstoff zu einer idealen Basis für eine universell auf verschiedene Stator-Innendurchmesser passendes Handhabungswerkzeug. Der große Vorteil gegenüber üblichen, klemmenden mechanischen Greifern neben der hohen Variabilität für verschiedene Innendurchmesser die völlige Abdeckung des Innendurchmessers und somit ein freibleiben von Harz. Die Wärmebeständigkeit sichert dabei eine Nutzung selbst innerhalb der Aushärtung im Induktor ab, da die hier auftretenden Temperaturen noch unterhalb der maximalen Einsatztemperatur des verwendeten Silikons liegen. Eine erste Initialstudie auf Basis bestehender Publikationen konnte bereits eine gute Eignung des induktiven Erwärmens bei geblechten Motorkomponenten nachweisen.





Publikationen

  • B. Hofmann et. al: Innovative and Energy-Efficient Insulation Technology for the Production of Electric Drives. Electronic Drives Production Conference (EDPC), Nürnberg, 2014.
  • Spreng, S. et. al: „Automated extension of existing material flow simulations by energy aspects“. ZWF Zeitschrift für Wirtschaftlichen Fabrikbetrieb, 108 (9), pp. 647-651, 2013.
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  Kontakt 
  Dipl.-Ing. Benjamin Hofmann

  Email:
  hofmann@faps.uni-erlangen.de

  Telefon:
  +49 (0)911 5302 9073

  Lehrstuhl für
  Fertigungsautomatisierung
  und Produktionssystematik
  Friedrich-Alexander-Universität
  Erlangen-Nürnberg

  Fürther Strasse 246 b
  90429 Nürnberg