Fließpressen von Kupferfüllungen in nutförmige Ausschnitte von Blechpaketen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Mathias Liewald
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren ; Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 550346872

Der Bedarf elektrischer Maschinen nimmt insbesondere durch die signifikanten Umbrüche im Mobilitätssektor stetig zu. Damit einhergehend steigt die Nachfrage nach effizienten und wirtschaftliche Fertigungsprozessen für die Herstellung der Komponenten. Die Fertigung von effizienten Kurzschlussläufern (Rotoren) für Asynchronmaschinen ist derzeit sehr energie- bzw. montageaufwändig. Die am häufigsten verwendete Fertigungsmethode für die Bestückung des Rotors mit elektrischen Leitern stellt das Druckgießen von Aluminium oder Kupfer in ein Blechpaket dar. Asynchronmaschinen mit Kupferkäfig besitzen einen deutlich höheren Wirkungsgrad gegenüber Aluminiumkäfigen, allerdings ist die Fertigung aufgrund geringer Werkzeugstandzeiten heute recht aufwändig. In einer weiteren Fertigungsmethode werden einzeln vorgefertigte Stäbe in die Nuten des Blechpaketes eingeführt und nachfolgend stirnseitig mit Kurzschlussringen verschweißt. Jedoch bringt dies einen hohen Montageaufwand mit sich. Durch einen grundlegend neuen Fertigungsansatz soll nun im beantragten Projekt eine neuartige Verfahrensvariante des Fließpressens von Kupferfüllungen in Ausschnitte von nicht gehärteten Blechpaketen untersucht werden. Im Rahmen eines experimentellen Prinzipversuchs zum beantragten Projekt wurde die fertigungstechnologische Machbarkeit des Verfahrens unter Verwendung von unbeschichteten, gestapelten Blechscheiben gezeigt. Die neuartige Verfahrensvariante des Fließpressens zeigt im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren das Potential, infolge des geringeren Montageaufwands und Energiebedarfs eine effiziente Einbringung einer Kupferfüllung in ein Blechpaket zu ermöglichen. Im beantragten Projekt soll ermittelt werden, welche Verfahrensgrenzen für solche Fließpressvorgänge bestehen und welche Eigenschaften derartige Verbundbauteile aus solchen Blechpaketen mit Kupferfüllung aufweisen. Das aus mehreren Einzelblechen bestehende Blechpaket wird hierzu in eine Matrize eingelegt und anschließend ein Halbzeug aus Kupfer in axialer Richtung in den Ausschnitt des Blechpaketes hineingepresst. Das Blechpaket dient dabei als formgebende Matrize für die Kupferfüllung und bildet zusammen mit der Kupferfüllung ein Verbundbauteil, welches durch den Umformprozess form- und/oder reibschlüssig gefügt wird. Die zentralen Forschungsschwerpunkte liegen auf der Ermittlung geeigneter geometrischer und prozessbezogener Parameter zur robusten Prozessführung unter der Randbedingung des sehr weichen „Matrizenwerkstoffes“ einerseits und der Bestimmung der mechanischen Eigenschaften des dadurch erzeugten Verbundes andererseits.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen