Thesis (doctoral)--Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 1985.

Die Verarbeitung von Folien auf Schneid und Wickelmaschinen erzeugt je nach verwendetem Material Schneidstaubpartikel, welche die Produktqualität herabsetzen können. Um eine hohe Qualität sicherzustellen, wird der Schneidstaub in unmittelbarer Nähe zu seiner Entstehung durch spezielle Absaugungsvorrichtungen entfernt. Versuche haben jedoch gezeigt, dass trotz hoher Absaugleistung bei bestimmten Prozessparametern ein Teil der Partikel nicht erfasst wird. Daher wird im Anschluss an eine Erhebung der bestehenden Systemgrößen ein Modell der Absaugdüse mittels numerischer Simulation auf ihre Eignung zur Partikelentfernung untersucht. Die Untersuchung zeigt, dass bei der Auslegung der Düse eine Berücksichtigung der auf der Folie entstehenden Grenzschicht zwingend erforderlich ist. Um eine zuverlässige Absaugung aller Schneidstaubpartikel auch bei extremen Prozesseinstellungen sicherzustellen, werden weitere Untersuchungen und Anpassungen erforderlich.

Das vorgeschlagene SHM-System 'Adapted Metal Wire Based and fiber Oriented Sensor - AMBOS', basierend auf Drähten aus Metalllegierungen, ist vergleichsweise kostengünstig und verfügt über sehr gute Verarbeitungseigenschaften, insbesondere mit Eignung zur Integration in den Wickelprozess. Eine speziell entwickelte Abwickelvorrichtung erlaubt die direkte Verarbeitung der Drähte zusammen mit den Verstärkungsfasern und wärmehärtenden Harzsystemen im Wickelprozess. Insbesondere aufgrund der hohen Genauigkeit und der sehr niedrigen Material- und Verarbeitungskosten hat das beschriebene Verfahren ein großes Potenzial für den Einsatz in der automobilen Serienfertigung. Grundsätzlich sind die untersuchten Metalldrähte für eine solche Anwendung geeignet. Ein wesentlicher Vorteil ist die einfache Kompensation von thermischen Einflüssen. Weitere Untersuchungen zum Korrosionsschutz und zu Umwelteinflüssen stehen noch aus. / The proposed SHM system called “Adapted Metal wire Based and fiber Oriented Sensor – AMBOS”, based on wires from metal alloys, is comparatively inexpensive and has very good processing properties, in particular with suitability for integration into the winding process. A specially developed unwinding de-vice allows direct processing of the wires together with the reinforcing fibres and thermosetting resin systems in the winding process. Especially due to the high ac-curacy and the very low material and processing costs, the described process has great potential for use in automotive series production. In principle, the metal wires investigated are suitable for such an application. A significant advantage is the simple compensation of thermal influences. Further investigations on corrosion preservation and influences from the environment are still pending.

Mit dem aktuell und zukünftig steigenden Bedarf an Elektromotoren werden Fragestellungen zu deren ressourcenschonenden Herstellung und auch effizienteren Betrieb immer zentraler. Eine wichtige Stellgröße ist dabei die Vergrößerung des sogenannten Nutfüllfaktors. Zum einen können dadurch Maschinen kleiner dimensioniert oder bei gleicher Baugröße leistungsfähiger werden. Verschiedene Fertigungsmethoden können zur Herstellung von Spulen mit hohen Nutfüllfaktoren zur Anwendung kommen, bergen jedoch verschiedene Nachteile wie geringe Produktivität, hohen Energie- und Ressourcenbedarf sowie Einschränkungen in der geometrischen Gestaltungsfreiheit der Einzelwindungen. In der vorliegenden Arbeit wird eine Prozesskette zur umformtechnischen Herstellung von Spulen mit trapezförmiger Querschnittsgeometrie im Nutbereich entwickelt und analysiert. Ausgehend vom Stand der Technik und Wissenschaft werden die für die Funktion der Spule notwendigen Randbedingungen herausgestellt und verschiedene Herstellungsvarianten abgeleitet und bewertet. Nach Auswahl der Vorzugsvariante werden die Einzelprozessschritte durch FE-Umformsimulationen abgebildet und charakterisiert. Die Erkenntnisse fließen in die Konstruktion und Modifikation von Werkzeugen ein, mit welchen im Anschluss experimentelle Untersuchungen durchgeführt werden. Mit der Herstellung von Demonstratorspulen jeweils aus Kupfer und Aluminium werden die Umsetzbarkeit der entwickelten Prozesskette belegt und Gestaltungshinweise für Prozess und Werkzeuge abgeleitet.:Abbildungsverzeichnis IX Formelverzeichnis XIX Abkürzungsverzeichnis XXIII Tabellenverzeichnis XXV 1 Einführung und Motivation 1 2 Stand der Technik 5 2.1 Begriffe zur Spulentechnik 5 2.1.1 Allgemeine Erläuterungen zum Aufbau elektrischer Spulen 5 2.1.2 Elektrotechnische Kenngrößen 8 2.1.3 Nutfüllfaktor 11 2.1.4 Stromverdrängung und Wechselstromverluste 15 2.1.5 Restriktionen für den Statoraufbau 19 2.2 Relevante Herstellungsverfahren für Elektrospulen 23 2.2.1 Urformen 24 2.2.2 Umformen 26 2.2.3 Trennen 34 2.2.4 Fügen 35 2.2.5 Beschichten 39 2.2.6 Bewertung der Fertigungsverfahren und Fazit 40 2.3 Umformtechnische Prozessvarianten zur Erhöhung des Nutfüllfaktors 42 2.3.1 Grundlegendes 42 2.3.2 Verdichtung vorgewickelter Spulen 42 2.3.3 Formgebung von Einzeldrähten mit anschließender Wicklungserzeugung 51 2.4 Zusammenfassung des Standes der Technik 59 3 Zielsetzung 61 4 Geometrisch-technologische Auslegungssystematik 63 4.1 Notwendige Herstellungsschritte 63 4.2 Mögliche Prozessketten und Auswahl einer Vorzugsvariante 64 4.3 Auslegung der Spulengeometrie via CoilCalculator 66 4.4 Geometrische Analyse ausgewählter Herstellungsschritte 71 4.5 Werkstoffphysikalische Einordnung 78 5 Numerische Simulation und Anpassung der Fertigungsfolge 83 5.1 Werkstoffcharakterisierung 83 5.2 FE-Analyse der gewählten Prozesskette 89 5.2.1 Sequenzielles Pressen 89 5.2.2 Biegen 101 5.2.3 Kalibrieren des Wicklungskopfes 106 5.3 Zwischenfazit der Simulationsergebnisse 120 6 Experimentelle Untersuchungen 123 6.1 Vorversuche 123 6.2 Sequenzielles Pressen 127 6.3 Biegen 139 6.4 Kalibrieren des Wicklungskopfes 143 6.5 Zwischenfazit der experimentellen Untersuchungen 150 7 Zusammenfassung und Ausblick 153 Literaturverzeichnis 157 Anlagenverzeichnis 173