Kosten hairpin-wikkeling drastisch verlaagd

Hairpin-wikkeltechnologie is inmiddels gemeengoed in elektrische aandrijvingen met hoge vermogensdichtheid. De methode biedt voordelen zoals een hoge slotvulgraad en goede reproduceerbaarheid. Maar het nadeel is wel dat de productiekosten zijn hoog, vooral door de benodigde gereedschappen (tooling).

Bij hairpin-stators worden platte koperen geleiders in U-vorm in de stator geplaatst. Om de uiteinden correct uit te lijnen voor verbinding en lassen, is een twist-bewerking nodig. Deze stap vereist normaal gesproken zeer nauwkeurige, productspecifieke gereedschappen die hoge mechanische belastingen aankunnen.

Een van de duurste productiestappen

Volgens prof. dr. Achim Kampker, hoofd van de Chair of Production Engineering of E-Mobility Components (PEM), is dit een van de duurste stappen in de productieketen. “De twist-bewerking is een belangrijke kostendrager in de hairpin-productie, vooral in de prototype- en pre-seriesfase,” stelt Kampker. “De investeringskosten voor gereedschappen overstijgen daar vaak ruimschoots de kosten van het product zelf.”

De toolingkosten voor conventionele systemen lopen al snel op tot meer dan 100.000 euro, waardoor hairpin-technologie vooral aantrekkelijk is voor grootschalige serieproductie.

Flexibel alternatief

Binnen het variTwist-project ontwikkelde PEM, samen met industriepartner Röscher GmbH, een variantenflexibel processtation dat het twisten mogelijk maakt zonder complexe, productspecifieke gereedschappen. In plaats daarvan wordt gewerkt met een aanpasbaar klem- en bewegingsconcept dat geschikt is voor verschillende stator- en hairpin-geometrieën.

Kampker licht toe: “Met variTwist kunnen we de toolingkosten voor deze processtap reduceren tot minder dan 1.000 euro, terwijl het proces geschikt blijft voor meerdere productvarianten.” Daarmee verschuift de hairpin-productie van een star, gereedschapsintensief proces naar een veel flexibelere opzet.

Niet meer wachten op nieuwe tooling

De lagere kosten en hogere flexibiliteit maken het mogelijk om hairpin-wikkelingen eerder in het ontwikkeltraject toe te passen. Ontwerpwijzigingen hoeven niet langer te wachten op nieuw gereedschap, wat snelle iteraties tussen elektromagnetisch ontwerp en maakbaarheid ondersteunt.

Volgens de onderzoekers is dit vooral relevant voor ontwikkelafdelingen, pilotlijnen en kleinere series. “Juist in deze fases is flexibiliteit cruciaal,” aldus Kampker. “Door het proces te vereenvoudigen, maken we hairpin-technologie toegankelijker voor een bredere groep gebruikers.”

E-motorproductie

Met variTwist laat RWTH Aachen zien dat innovatie in elektromotorproductie niet alleen zit in nieuwe materialen of ontwerpen, maar ook in innovatie in de processtappen. Door een kostbare bewerking te vereenvoudigen, ontstaat ruimte voor snellere ontwikkeling en lagere instapkosten. Daarmee levert het onderzoek een concrete bijdrage aan de verdere industrialisatie van de e-motorproductie.