GFB - Green Factory BAVARIA

Energieeffiziente Verbindungstechnologien im Elektromaschinenbau

Zielsetzung

Es existiert eine Vielzahl an potentiellen Technologien zur Verbindungsherstellung zwischen lackisolierten Kupferdrähten und Anschlagteilen im Elektromaschinenbau. Dabei wird zwischen den beiden Prozessschritten des Abisolierens der Lackschicht um den Draht und dem anschließenden Kontaktieren der Drähte untereinander bzw. mit Anschlagteilen unterschieden. Abisolieren: Kupferdrähte können zunächst durch zwei konventionelle Verfahren abisoliert werden, indem die Lackschicht mechanisch abgeschert oder thermisch abgebrannt wird. Zusätzlich existieren Abisolierverfahren, die ein Absprengen der Lackschicht mittels Laser ermöglichen. Kontaktieren der Drähte: Die Technologien zum zweiten Schritt der Kontaktierungsherstellung unterscheiden sich vielfältiger. Zum Teil beinhalten diese auch gleichzeitig eine vorgelagerte Abisolierung, was hinsichtlich der erzielbaren Taktzeit und Prozess-sicherheit bevorzugt wird. Verfahren zur Verbindungsherstellung im Elektromaschinenbau sind u.a. Hartlöten, Widerstandsschweißen, Ultraschall-Schweißen, Laserstrahl-Schweißen, Schneid-Klemm-Verfahren, Crimpen bzw. Heißcrimpen.



Lösungsansätze

Zur Realisierung einer energieeffizienten Verbindungstechnologie im Elektromaschinenbau werden die folgenden Arbeitsschritte adressiert:

  • Vergleich unterschiedlicher Technologien zur Verbindungsherstellung zwischen lagenisolierten Draht- und Anschlagkombinationen (inkl. alternierender Drahtmaterialien, -geometrien und -isolationen) im Elektromaschinenbau in Bezug auf Energieverbrauch
  • Spiegelung der Ergebnisse mit den weiteren zentralen Anforderungen Prozesssicherheit, realisierbare Taktzeit und Lebensdauerstabilität
  • Dokumentation Empfehlungskatalog und Ableitung allgemeingültiger (standardisierter) Anforderungs- und Prüfkriterien
  • Weiterentwicklung und Verbesserung der Anlagentechnik unter Berücksichtigung weiterer Verbesserungspotentiale bspw. durch alternative Materialien (u.a. Anpassung der Drahtisolation für energieoptimierte Verbindungstechnologien durch gezieltes Einbringen von Füllstoffen)





Ergebnisse

  • Für die Kombination des Industriepartners Schabmüller bestehend aus Heißcrimpanlage, Heißcrimpwerkzeug und Drahtbündel konnte der Prozessenergieverbrauch sehr gut analytisch vorhergesehen werden
  • Ebenso wurde zur analytischen Prädiktion der Auszugskraft ein adequater Ansatz entwickelt
  • Mittels angepasster Parametereinstellungen konnte der Prozessenergieverbrauch um 43 Prozent reduziert werden
  • Gleichzeitig wurde die statisch ermittelte Verbindungsauszugskraft um 19 Prozent gegenüber der industriellen Referenz gesteigert
  • Alle bisher untersuchten Verfahren zur Bestimmung der Verbindungsqualität erlauben jedoch keine allgemeingültige Aussagen



Publikationen

  • S. Spreng, F. Risch, T. Gläßel, J. Wolff and J. Franke, Evaluation of Energy Efficient Joining Processes in the Field of Electric Drives Manufacturing Considering Quality Aspects, submitted to 4th International Electric Drives Production Conference (EDPC) (2014).
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  Kontakt 
  Dipl.-Wirtsch.-Ing.
  Simon Spreng

  Email:
  simon.spreng@faps.fau.de

  Telefon:
  +49 (0)911 5302 9064

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

  Fürther Strasse 246 b
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