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Hairpins aus Kupferlackdraht sind fester Bestandteil jedes Elektromotors. Aber die Herstellung gestaltet sich knifflig.
Foto: Otto Bihler Maschinenfabrik GmbH & Co.
Hairpins aus Kupferlackdraht sind fester Bestandteil jedes Elektromotors. Aber die Herstellung gestaltet sich knifflig.

Umformtechnik

Passgenaues Abisolieren von Hairpins

Ein neues Verfahren soll das Abisolieren von Hairpins sicherer und effizienter machen. Im Mittelpunkt steht eine innovative Sensorik-Einheit zur Erfassung der Lackschichtdicke.

Hairpins aus Kupferlackdraht sind fester Bestandteil von Elektromotoren. Durch den Ausbau der E-Mobilität steigt die Nachfrage derzeit stark an. Eine besondere Herausforderung bei der Fertigung liegt im Abisolieren der Pin-Enden. „Hier geht es darum, auf den Schenkel-Enden eine metallisch reine Oberfläche zu erzeugen, die keinerlei Lackrückstände aufweist. Gleichzeitig darf durch das Entfernen der Lackschicht der Querschnitt des Kupferdrahts nur minimal reduziert werden“, erklärt Martin Lehmann, Key Account Manager E-Mobility bei Bihler. Dies ist vor allem unter Sicherheitsaspekten wichtig, weil ein zu geringer Schenkelquerschnitt zu unerwünschter Erwärmung an den Verbindungsstellen führen würde. Genauso entscheidend ist aber auch das saubere, rückstandsfreie Abisolieren, denn nur ohne Verunreinigungen können die Pin-Enden später nach der Montage im Statorblech einwandfrei verschweißt werden.

Die Kunst des Abisolierens

Erschwert wird das Abisolieren der Hairpin-Enden vor allem durch die Tatsache, dass es unterschiedlichste Lack- und Beschichtungsvarianten des Kupferkörpers gibt. Dazu kommen die Toleranzen des Kupferdrahts. Außerdem liegt das Zentrum des Kupferdrahts oft leicht verdreht in der Lackhülle, die wiederum ungleichmäßig dick ist. Um diese Toleranzen auszugleichen und sicher zur metallisch reinen Oberfläche zu kommen, muss entsprechend viel Material abgetragen werden – leider mit dem unerwünschten Effekt, dass der Querschnitt zu klein wird und zu viel Material verloren geht. Vor diesem Hintergrund hat Bihler eine neue Abisolierstation entwickelt. Diese nutzt nicht wie üblich einen Laserstrahl, sondern arbeitet rein mechanisch, was sie unabhängig von der Art des Lacks macht. „Wir schaben jede Schicht ab“, betont Martin Lehmann. „Dadurch erzeugen wir eine extrem hochwertige Oberfläche, können gleichzeitig aber auch äußerst präzise arbeiten.“

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Die neue Sensorik misst permanent die Lackschichtdicke sowie die Gesamtmächtigkeit von Lack und Kupferdraht.
Foto: Otto Bihler Maschinenfabrik GmbH & Co.
Die neue Sensorik misst permanent die Lackschichtdicke sowie die Gesamtmächtigkeit von Lack und Kupferdraht.

Details der Abisolierstation

Die Abisolierstation umfasst eine Draht-Niederhaltefunktion, einen Messerarm und das entsprechende Messer. Sie befindet sich sowohl auf der Vorderseite als auch auf der Rückseite der BM-HP, dem Servosystem von Bihler zur Hairpinfertigung. Auf diese Weise können beide Enden der Hairpins abisoliert werden. Ganz neu kommt jetzt eine vorgeschaltete Sensorik-Einheit dazu. Diese misst inline permanent die Lackschichtdicke sowie die Gesamtmächtigkeit von Lack und Kupferdraht. Mit diesen Daten kann die Abisolierstation über einen Regelkreis dann präzise gesteuert werden. „Wir müssen keinen sicherheitsbedingten hohen Pauschalbetrag vom Kupferdraht abtragen, sondern können ganz gezielt auf das tatsächliche Ist-Maß abschaben“, erläutert Martin Lehmann den Vorteil. „Damit ist auch bei schwankenden Dickentoleranzen eine metallisch stets reine Oberfläche bei nur minimalem Querschnittsverlust garantiert. Es ist ein intelligentes Verfahren, das ein großes Plus an Prozesssicherheit bietet.“ Die metallische Reinheit der Oberflächen wurde durch zahlreiche Rasterelektronenmikroskop-Aufnahmen im Detail bestätigt.

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Gesamtquerschnittsverlust von weniger als 0,05 mm

Jeder Material-Messwert, den die Sensorik-Einheit erfasst, wird über ein sogenanntes Schieberegister an die NC-Motoren der Abschabestation weitergegeben. Dort wird dann jeder einzelne Hairpin individuell abisoliert, und zwar mit Taktraten von bis zu 120 Stück pro Minute. Der Gesamtquerschnittsverlust beträgt laut Bihler weniger als 0,05 mm; die Abisolierlänge ist variabel. Das vierseitige Anfasen der Enden ist ebenfalls in den Gesamtablauf integriert, ebenso das rückstandsfreie Abtrennen der Stirnflächen, das Bihler mit einem eigens entwickelten Stanzprozess und speziellen Stempelgeometrien sicherstellt. Die fertigen Hairpins werden dann aus der Maschine ausgeschleust und sortenrein magaziniert. Die gesamte patentierte Bihler-Lösung zum Abisolieren der Hairpins ist ab sofort verfügbar.

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