Von Windkraftanlagen in der Größe von Wolkenkratzern bis hin zu Herzschrittmachern, die nicht größer sind als eine Stiftkappe – die Menschheit benötigt effiziente, kompakte elektrische Spulen in einer Vielzahl von Größen und Ausführungen – und davon eine ganze Menge.
Chris Lee, Portfolio Director der Fachmesse für Spulenwickeltechnik CWIEME Berlin, untersucht drei Möglichkeiten, wie Automatisierung der Branche dabei hilft, die Nachfrage zu befriedigen.
Traditionell wurden Spulen, wie in fast allen Fertigungsbereichen, manuell gewickelt. Der Einsatz von Fachkräften zur Herstellung von Spulen ermöglicht eine Reihe von Wicklungstopologien, jedoch ist der Prozess anfällig für Unregelmäßigkeiten und Personalengpässe. Diese Nachteile machen das manuelle Wickeln oft unvereinbar mit modernen Anforderungen.
Heute benötigen neue Branchen wie Elektromobilität, erneuerbare Energien und Telekommunikation leistungsstarke Spulen. Die Nachfrage in diesen Branchen ist sprunghaft angestiegen, und Unternehmen benötigen nun große Mengen an Spulen von höchster Qualität.
Die Automatisierung hat begonnen, diese Lücke zu schließen, indem sie Geschwindigkeit, Konsistenz und Designflexibilität bietet und gleichzeitig die Kosten senkt. Hier sehen Sie genauer, wie die Automatisierung die Spulenwicklungsbranche verändert.
Produktionsmengen
Die Verkäufe von Elektrofahrzeugen stiegen zwischen 2020 und 2025 drastisch an. Nach Angaben der Internationalen Energieagentur (IEA) war 2023 jedes fünfte verkaufte Fahrzeug (18 Prozent) ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, wodurch die geschätzte weltweite Flottengröße im Jahr 2024 auf rund 40 Millionen Fahrzeuge anstieg.
Mit bis zu vier Motoren in jedem Elektrofahrzeug stellt die zunehmende Verbreitung der Elektromobilität eine große Herausforderung für die Lieferkette dar. Ohne Automatisierung könnte die Spulenwicklung für die Motorenproduktion die Einführung von Elektrofahrzeugen verzögern.
Ebenso wird während des Übergangs zu erneuerbaren Energien die Nachfrage nach Ressourcen für die Spulenwicklung, wie beispielsweise Kupfer, steigen. Laut Wood Mackenzie wird beispielsweise für die weltweite Windkraftanlagenflotte ein Bedarf von über fünf Millionen Tonnen Kupfer erwartet. Hier werden Effizienzsteigerungen bei der Spulenwicklung entscheidend sein. Effizientere Spulen ermöglichen es den Herstellern, bessere Generatoren mit verbesserten Energieumwandlungsraten zu bauen.
Präzisionsfertigung
Die Automatisierung kann auch dabei helfen, neue Arten von Wicklungstechnologien einzusetzen. Eine Art von Wicklung, die mittlerweile in Elektrofahrzeugen weit verbreitet ist, ist beispielsweise die Haarnadelwicklung. Die Haarnadelwicklung ermöglicht einen höheren Schlitzfüllfaktor, was bedeutet, dass mehr Kupfer in den Stator gepackt werden kann, wodurch der Widerstand verringert und die Wärmeableitung verbessert wird.
Im Gegensatz zur herkömmlichen Spulenwicklung, bei der ein durchgehender Draht gewickelt wird, erfordert die Hairpin-Technologie präzises Formen, Biegen und Einfügen, um eine Spule herzustellen – Aufgaben, die sich besser für die robotergestützte Automatisierung als für manuelle Eingriffe eignen. Die Automatisierung würde exakte Abmessungen gewährleisten, Abweichungen reduzieren und die elektrische Leistung verbessern.
Fehlererkennung
Der Einsatz von KI und maschinellem Lernen in der Qualitätskontrolle kann auch die Fertigungsprozesse verbessern. So könnten beispielsweise automatisierte Bildverarbeitungssysteme Wicklungsfehler in Spulen schneller und genauer erkennen als ein Mensch.
Computersichtsysteme sind besonders nützlich bei der Herstellung von Mikrospulen für die Medizintechnik oder die Luft- und Raumfahrt. Miniaturspulen können einen Durchmesser von weniger als 0,5 mm haben und bestehen oft aus Draht, der so fein ist, dass er mit bloßem Auge praktisch nicht zu erkennen ist.
Wenn solche automatisierten Inspektionssysteme in der gesamten Fertigungskette eingesetzt werden, könnten sie Herstellern dabei helfen, Produktionsabweichungen viel früher zu erkennen, wodurch Ausschuss reduziert und die Qualität der Endprodukte sichergestellt wird.
Darüber hinaus könnten Echtzeitanalysen in Kombination mit automatischen Anpassungen der Wicklungsgeschwindigkeit und Drahtplatzierung die Konsistenz verbessern und Fehler beheben, bevor sie zu einem Problem werden.
Durch höhere Präzision und Wiederholgenauigkeit, schnellere Produktionszeiten und bessere Materialeffizienz verändert die Automatisierung die Elektrofertigung in einer Reihe von Branchen. Für Unternehmen, die nach Möglichkeiten suchen, ohne Qualitätseinbußen zu skalieren, bietet die CWIEME Berlin die Gelegenheit, mit Branchenexperten in Kontakt zu treten, die sich mit der Zukunft der Spulenwicklung und einer Reihe anderer Themen befassen. In der CWIEME Innovation Zone können Sie die neuesten Automatisierungstechnologien entdecken .
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Bild mit freundlicher Genehmigung von ZHWindingMachine
