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Spulen und Kupferdraht statt Zylinderkopf und Getriebe

Spulen und Kupferdraht statt Zylinderkopf und Getriebe

Der Volkswagen Konzern erlebt gerade nichts weniger als eine Revolution in der Produktion. Erstmals produziert der Konzern in Eigenregie in Györ einen E-Motor komplett selbst. Und was für einen: Der neue E-Motor wird für den künftig in Brüssel gefertigten Audi e-tron hergestellt. Dieser erste vollelektrische SUV von Audi feiert am 17. September seine Premiere.

„Audi Hungaria startet Serienproduktion von Elektromotoren“. Der Titel der entsprechenden Pressemitteilung Ende Juli klang professionell sachlich, nüchtern, fast unspektakulär. In Wirklichkeit erlebt der Volkswagen Konzern damit nichts weniger als eine Revolution in der Produktion. Erstmals produziert der Konzern in Eigenregie in Györ einen E-Motor komplett selbst. Und was für einen: Der neue E-Motor wird für den künftig in Brüssel gefertigten Audi e-tron hergestellt. Dieser erste vollelektrische SUV von Audi feiert am 17. September seine Premiere. Soviel sei jetzt schon verraten: Er wird eine bisher unerreichte Reichweite liefern.

Ein paar Schritte zurück: Elektromotoren gelten nicht gerade als revolutionäre Neuheit. Die Menschheit nutzt sie bereits seit 200 Jahren. 1825 entstand der erste Elektromotor und – interessantes Geschichtsdetail im Zusammenhang mit der jetzigen Produktion in Györ – ist seitdem eng mit dem Namen des ungarischen Wissenschaftlern Anyos Jedlik verbunden. Im Alltag trifft man häufig auf Elektromotoren: Gartenwerkzeuge oder Haushaltgeräte werden mit ihnen betrieben. Einen E-Motor in einem Auto umzusetzen, ist jedoch weit komplizierter. Es erfordert ein komplexes, leistungsfähigeres und zuverlässigeres System als etwa einen Rasenmäher oder einen Staubsauger.

  • Elektroenergie

    Elektroenergie ist umweltfreundlich. Bei der Nutzung werden keine Schadstoffe ausgestoßen. Das trägt zu einer wesentlich besseren Luftqualität in Städten bei und mindert den Treibhauseffekt. Damit ist die Voraussetzung für emissionsfreie Mobilität gegeben. Wenn Energie ebenso umweltfreundlich produziert wird (etwa durch „grüne“ Energie wie Windräder) wird die Umwelt Null belastet.

Einfacher im Aufbau – herausfordernd im Detail

Auf den ersten Blick scheint der Aufbau eines Elektromotors verglichen mit einem Verbrennungsmotor einfach, braucht er doch weniger Bauteile: kein Kraftstoffsystem (dafür einen Akku), kein kompliziertes Getriebesystem (der E-Motor kommt mit einem einzigen Gang aus), kein Verbrennungsmotor, keinen Turbolader, keine Zündkerzen, keine Kupplung, kein Motor- und Getriebeöl, keine Kardanwelle.

Trotz der Einfachheit war Audi bei der Entwicklung des E-Motors vor eine Menge Herausforderungen gestellt. Die größte: Bisher musste noch keiner der aus dem Alltag bekannten E-Motoren eine derart hohe Leistung liefern, wie sie für den Antrieb eines Fahrzeugs wie den Audi e-tron und seine gewünschte hohe Reichweite erforderlich ist.

Nach komplexen Berechnungen und Simulationen entschied sich Audi für die sogenannte asynchrone Elektromaschine – den Elektromotor mit dem einfachsten Aufbau. Er braucht keine teuren Magneten. Neben der Einfachheit liegt der große Vorteil in seiner zuverlässigen und strapazierfähigen Konstruktion. Eine Herausforderung ist jedoch, dass er für eine hohe Leistung auch große Maße und viel Gewicht mitbringt. Das ist für den wirtschaftlichen Betrieb des Autos von Nachteil. So standen die Entwickler vor der „Quadratur des Kreises“: ein möglichst kleines Maß und Gewicht bei dennoch ausreichend Leistung. Die zweite große Erwartung war, dass diese Leistung während der gesamten Lebensdauer des Autos zuverlässig gesichert wird – wenn möglich ohne Wartung.

Die Entwicklung der Elektromotoren bei Audi läuft in einer Arbeitsteilung zwischen Ingolstadt und Győr. Die deutschen Kollegen sind für die Entwicklung der Konzeption und der aktiven Teile zuständig. Dazu zählen alle Teile, in denen Strom fließt. In Győr plant man die passiven Teile, wie etwa der Gussteile.

Premiumqualität von Anfang an

Die neue E-Motoren von Audi müssen von Anfang an Premiumqualität beweisen. Dafür werden sie in Györ auf drei internen Prüfständen sorgfältig untersucht. Hier laufen sie in voreingestellten Programmen. Die Motoren müssen ihre Qualität zusätzlich auch in Klimakammern beweisen. Sie simulieren Temperaturen von minus 40 bis plus 105 (!) Grad Celsius. Bei E-Motoren ist es nämlich besonders wichtig zu wissen, wie sie bei hohen Temperaturen funktionieren. Denn E-Motoren können bei Überhitzung kaputt gehen. Ein E-Motor muss über 1.000 Stunden an Prüfständen zurücklegen, was einer ganzen Lebensdauer entspricht. An den Prüfständen läuft das innerhalb von zwei Monaten ab.

„Bei den Prüfungen führen wir entsprechend der Lebensdauer der Produkte Dauertestläufe unter wechselnden Mechanik- und Temperaturbelastungen durch“ berichtet Alexander Dudas, der Koordinator des Versuchsteams. „Dafür stehen uns drei sogenannte back-to-back Prüfstände mit Klimakammern zur Verfügung.“ Auch diese sind einmalige im Konzern.

Das E-Fertigungstechnologiezentrum entstand 2013. „Unsere primäre Aufgabe war es, das nötige Know-how zur E-Motorenproduktion zu erwerben. Das bedeutete, verschiedene Produktionstechniken kennenzulernen und auszuprobieren. In der Praxis hieß dies, Prototypen herzustellen”, erzählt Techniker Sándor Dombi von den Anfängen. Die ersten Motoren wurden bereits 2014 gefertigt. Diese Versuchsmotoren dienten in erster Linie der finalen Motorenentwicklung. Ein Jahr später, 2015, wurden schon die Serienprozesse etabliert. Die sich bald auch in der Praxis bewähren mussten.

Der Volkswagen Konzern erlebt gerade nichts weniger als eine Revolution in der Produktion. Erstmals produziert der Konzern in Eigenregie in Györ einen E-Motor komplett selbst. Und was für einen: Der neue E-Motor wird für den künftig in Brüssel gefertigten Audi e-tron hergestellt. Dieser erste vollelektrische SUV von Audi feiert am 17. September seine Premiere.

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How is an electric motor manufactured?
(in Hungarian language with German subtitles only)

The Volkswagen Group is currently experiencing nothing less than a revolution in production. For the first time, the group is building an electric motor from the ground up in Győr. And what a motor it is: the new motor is being produced for the Audi e-tron, which will be manufactured in Brussels. This first fully electric SUV from Audi will debut on September 17.

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Weitere Informationen finden Sie auf http://www.volkswagenag.com und auf Twitter: http://www.twitter.com/vwgroup_de

Hinweis nach Richtlinie 1999/94/EG in der jeweils gegenwärtig geltenden Fassung: Weitere Informationen zum offiziellen Kraftstoffverbrauch und den offiziellen spezifischen CO2-Emissionen neuer Personenkraftwagen können dem "Leitfaden über den Kraftstoffverbrauch, die CO2-Emissionen und den Stromverbrauch neuer Personenkraftwagen" entnommen werden, der an allen Verkaufsstellen und bei der DAT Deutsche Automobil Treuhand GmbH, Hellmuth-Hirth-Straße 1, D-73760 Ostfildern oder unter www.dat.de unentgeltlich erhältlich ist.
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Further information can be found on http://www.volkswagenag.com and on Twitter: http://www.twitter.com/vwgroup

Note in accordance with Directive 1999/94/EC in its currently applicable version: Further information on official fuel consumption figures and the official specific CO2 emissions of new passenger cars can be found in the EU guide "Information on the fuel consumption, CO2 emissions and energy consumption of new cars", which is available free of charge at all sales dealerships, from DAT Deutsche Automobil Treuhand GmbH, Hellmuth-Hirth-Straße 1, D-73760 Ostfildern, Germany and at www.dat.de.

Wie wird ein Elektromotor produziert?

Mitarbeiter mit speziellen Kenntnissen gefragt

Die Mitarbeiterzahl in der Werkstatt, die innerhalb des Audi Konzerns einzigartig ist, wächst seit den Anfängen beständig an. Die Einstellung neuer Kollegen war allerdings keine leichte Aufgabe, schließlich mussten Mitarbeiter mit sehr speziellen Kenntnissen für einen besonders geheimen Bereich gefunden werden. „Die größte Herausforderung war, Fachleute für den Arbeitsbereich Spulen zu finden”, berichtet -Dombi. Derzeit arbeiten im E-Fertigungstechnologiezentrum 23 Techniker, ihre Arbeit wird von vier Ingenieuren unterstützt.

Die Fertigung der komplett neuen E-Motoren war für alle Beteiligten in Györ eine Riesen-Herausforderung. Robert Kovacs, Leiter Projektteam Fertigungsplanung, bringt es auf den Punkt: „Wir haben jede Menge Erfahrungen beim Bau von Zylinderköpfen und Motorblöcken. Aber jetzt mussten wir herausfinden, was es mit dem Spulen von Kupferdraht auf sich hat.“ Die Produktionslinie besteht aus zwei Teilen: einer Stator-Produktionslinie und einer Montage. Der spannendste Teil der Stator-Linie ist das sogenannte Wickel- und Einziehzentrum, wo die Kupferdrähte gewickelt und in den Nuten des Blechpaketes eingezogen werden. Dies sind die entscheidenden Momente der E-Motorenproduktion. „Deshalb haben wir gemeinsam mit dem Maschinenzulieferer eine spezielle Lösung entwickelt. Woanders werden diese Schritte mit zwei verschiedenen Maschinen durchgeführt. Wir dagegen haben eine integrierte Lösung für beide gefunden“, erklärt Kovacs. In der Halle ist die Station kaum zu übersehen, da sie mit vier Meter Höhe die größte Anlage ist.

  • Stator

    Als Stator (auch: Ständer, vom lateinischen „stare“ = stillstehen) bezeichnet man den feststehenden, unbeweglichen Teil eines Gerätes, insbesondere wenn es auch einen Rotor gibt. Ein Stator findet sich zum Beispiel in einem Elektromotor oder in einer Pumpe. Der Stator ist der Gegensatz zum beweglichen Teil, dem Rotor. Der Stator ist häufig zugleich das Gehäuse und besteht bei Elektromotoren und Generatoren bis auf seltene Ausnahmen stets aus „geblechtem Stahl“. Er dient hier als gemeinsamer Kern für die Induktionsspulen.

Soviel Kupferdraht einbringen wie möglich

Auch an den übrigen Stationen der Produktionslinie gibt es nicht die gewohnten Prozesse. „Die nächsten Produktionsschritte sind die Kontaktierung und die Bandagierung. Beim Kontaktieren werden die Kupferdrähte in die Kabelschuhe geschweißt, bei der Bandagierung werden die Spulen vernäht. Der letzte wichtige Schritt ist die Imprägnierung, bei dem wir den fertigen Stator in Harz tauchen und dadurch fixieren”, erklärt Experte Kovacs die Details der E-Motor-Produktion.

Der Elektromotor aus Györ bietet zahlreiche Neuheiten. Beim Stator als einer der Kernbestandteile des Motors ist das Ziel, soviel des dünnen Kupferlackdrahtes in das Rohteil einzubringen wie möglich. Denn je enger die Wicklung, desto effizienter die Leistungsentfaltung. Ein neuartiges Wickel- und Einziehsystem bei Audi Hungaria schafft es, die optimale Menge an Kupferlackdraht besonders kompakt zu wickeln und anschließend in das Rohteil einzubringen.

Auch E-Motoren feiern Hochzeit

Fahrerlose Transportfahrzeuge statt Produktionsband: die Routen werden von einem smarten Algorithmus vorgegeben

Auch in der E-Motoren-Montage findet eine sogenannte Hochzeit statt. Der Begriff stammt ursprünglich aus der Fahrzeugmontage. Er bezeichnet den Moment, wenn Motor und Getriebe zusammengebaut werden. Beim E-Motor müssen Zahnräder sehr präzise gekoppelt und aufeinander eingestellt werden, das ist dann die Hochzeit. Für diesen Produktionsschritt richteten die Kollegen in Györ eine automatische Station ein. Bei deren Gestaltung brauchte es viel Kreativität, da auf dem Markt keine entsprechende Lösung gefunden wurde.

Eine weitere Besonderheit der Montage ist, dass die Produktion nicht am Band abläuft, sondern in Produktionsinseln. Dieses Betriebsprinzip nennt sich modulare Montage. Die Aufgabe des Bands, die Arbeitsstücke weiterzugeben, übernehmen in Györ fahrerlose Transportfahrzeuge (FTF). Solche Fahrzeuge sind bei Audi Hungaria bereits an mehreren Orten im Einsatz. Solch komplexe Aufgaben wie in der E-Motor-Produktion erfüllen sie jedoch nirgendwo. Die FTF fahren nach einem dynamischen System, ihre Routen werden von einem smarten Algorithmus bestimmt. Die Fahrzeuge kommunizieren auch mit den Anlagen, sie fragen nach, ob sie frei sind oder gerade arbeiten und bringen entsprechend der Antwort Arbeitsstücke zu den Stationen, die gerade frei sind.

Motorenproduktion noch ein-, bald dreischichtig

Modernste Produktion: Aktuell liegt die Kapazität bei 400 E-Motoren täglich. Künftig wird von Ein-Schicht- auf Drei-Schicht-Produktion umgestellt

Audi Hungaria hat in vieler Hinsicht Neuland betreten. Die Produktion der Elektromotoren brachte allen Projektteilnehmern eine Menge an neuem Know-how und hielt zahlreiche Herausforderungen bereit. Die großen Anstrengungen der Fachbereiche während der vergangenen fünf Jahre werden bald ihre Früchte tragen, schließlich sind die Experten schon in der Zielgeraden: in Kürze fällt der Startschuss zur Serienproduktion der Elektromotoren.

Die aktuelle Produktionskapazität liegt bei rund 400 E-Motoren täglich. Sie kann sukzessive erhöht werden. Derzeit sind rund 100 Mitarbeiter mit der komplett neuen Produktion beschäftigt, Ende dieses Jahres werden es mehr als 130 sein. Die Produktion läuft derzeit noch im Ein-Schicht-Betrieb. Schon bald wird die E-Motor-Produktion bei Audi in Györ auf drei Schichten umgestellt.