Prozessketten zum Laserstrahlschweißen von flachleiterbasierten Formspulenwicklungen für automobile Traktionsantriebe
Tobias Gläßel
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 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.
