IMPROFE: Digital Twins für die Fertigung von E-Motoren
LAUFZEIT:
04/2021
—
09/2024
Projektlaufzeit gesamt:
3 Jahre
Foto: JOANNEUM RESEARCH/Bergmann
Das Projekt
Wie lässt sich die Produktion von E-Motoren verbessern?
Die Hairpin-Technologie ist ein relativ neues Fertigungsverfahren für Statoren von Elektromotoren. Im Projekt IMPROFE erforschen wir In-line-Prüfverfahren und Rechenmodelle für ein digitales Abbild. Das ermöglicht eine ressourcenschonende Produktion von qualitativ hochwertigen Hairpin-Statoren in hohen Stückzahlen. Dazu setzen wir moderne Laserultraschalltechnologie (LUS), optische Messmethoden sowie KI-basierte Datenanalysemethoden und Modellierungsansätze ein.
Unsere Tätigkeiten im Projekt
Mit statistischen Modellen und künstlicher Intelligenz sagen wir auf Basis von Messdaten die Positionsgenauigkeit der Hairpin-Enden über mehrere Schritte des Fertigungsprozesses hinweg voraus. Wir erstellen Vorhersagemodelle für die Qualität der Schweißperle nach dem Kontaktieren der Hairpins, um die Prozessparameter beim Schweißen zu optimieren. Durch Zusammenführen der verschiedenen Modelle wollen wir ein möglichst realitätsnahes digitales Abbild des Prozesses zur Qualitätsoptimierung schaffen.
Forschungsgruppen
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Auftraggeber
FFG Produktion der Zukunft
Projektpartner
Universität Graz, Institut für Physik
Miba Automation Systems GmbH
Details zum Projekt
Bedingt durch Klimawandel und Energiewende werden immer mehr Elektroautos und damit auch Motoren produziert. Speziell der Stator, der feststehende Teil des Elektromotors, ist herausfordernd in der Herstellung. Mit der Hairpin-Technologie gibt es nun ein Fertigungsverfahren für diese Wicklungen, das eine flexible Serienproduktion wesentlich erleichtert und damit eine deutliche Senkung der Produktionskosten bewirkt. Zudem wird mit Hairpin-Statoren eine höhere Effizienz des Motors erreicht.
Um im internationalen Wettbewerb bestehen zu können, müssen hohe Stückzahlen – bei gleichzeitiger Optimierung von Qualität und Ressourceneinsatz – erreicht werden. Dies erfordert eine nach Möglichkeit vollständige In-line-Prüfung kritischer Charakteristika der Statoren im Prozess und die Abbildung der Prozessschritte in automatisierten Rechenmodellen zur Rückkopplung von Prüfergebnissen auf Prozessparameter.
Hauptziel des Projekts IMPROFE ist deshalb die Erforschung und Erprobung von In-line-Prüfverfahren und Rechenmodellen für ein digitales Abbild, um eine hochqualitative und ressourcenschonende Produktion von Hairpin-Statoren in sehr hoher Stückzahl zu ermöglichen. Dies soll durch den Einsatz moderner Laserultraschalltechnologie (LUS), kombiniert mit optischen Messmethoden, und die Nutzung von KI-basierten Datenanalysemethoden und Modellierungsansätzen erreicht werden. Dabei sollen folgende Modelle entstehen:
- Interpretation der LUS-Signale und Prädiktion von Anomalien in Schweißnähten
- Verknüpfung und Analyse von Zusammenhängen zwischen topographischen Messdaten und LUS-Signalen
- Optimierung der Prozessparameter des Kontaktierens basierend auf den In-line-Prüfergebnissen der vorhergehenden Prozessschritte Aufweiten und Twisten
- Gesamtmodell, um ein möglichst realitätsnahes digitales Abbild der Prozessschritte zu schaffen und eine laufende Rückkopplung von Maßnahmen zur Qualitäts- und Parameteroptimierung, mit besonderem Augenmerk auf Ressourcenschonung, zu ermöglichen
Um die Verfahren zu erproben und zu validieren, wird ein Use Case bei der Miba Automation Systems GmbH umgesetzt.
