Formmessungen an Hairpins für Elektromotoren

Die Wicklungen eines Elektromotors bestehen üblicherweise aus dünnen Kupferdrähten. Sie bilden die elektromagnetische Spule des Motors. In den meisten aktuellen Elektrofahrzeugen wurde diese Spule jedoch durch Hairpin-Wicklungen aus Kupfer ersetzt. Der Wicklungsaufbau mit Hairpins hält höheren thermischen Belastungen stand und gewährleistet einen höheren Kupferfüllgrad, der wiederum die Effizienz in automobilen Anwendungen steigert. Darüber hinaus lässt sich der Biegeprozess einfacher automatisieren und eignet sich so auch für die Serienfertigung. Allerdings ist das weiche Metall leicht verformbar, wodurch sich die Qualitätsprüfungen schwierig gestalten. 

Zur Prüfung von Elektromotor-Hairpins wird die Oberfläche der gebogenen Pins erfasst. Hairpins unterliegen engen Formtoleranzen und verformen sich leicht, wenn sie eingespannt oder in Form gebogen werden. Je kleiner der Biegeradius, desto größer ist die Verformung des Drahtes und der Einfluss auf die Dicke der Isolationsschicht.  

Aufgrund ihrer Empfindlichkeit lassen sich Elektromotor-Hairpins idealerweise mit hochgenauen berührungslosen Sensoren prüfen. Berührungslose Sensortechnologie verhindert sowohl Beschädigungen der Bauteile als auch Messfehler aufgrund der Antastkraft, die bei einer taktilen Messung zur Verformungen der Hairpins während der Messung führen kann. Ein berührungsloses Messverfahren unterstützt zudem den von der Automobilindustrie geforderten hohen Durchsatz und erfasst gleichzeitig relevante Daten für die Konstruktions- und Fertigungsprozesse. 

Angesichts der hohen Stückzahlen in der Hairpin-Fertigung besteht eine bevorzugte Prüfmethode darin, einen digitalen Master-Pin zu erstellen, der später zur Verifizierung der Serienproduktion verwendet wird. Sowohl eine hohe Datendichte als auch berührungsloses Scanning erleichtern das Reverse Engineering der Master-Hairpins. Statorhersteller nutzen in aller Regel einen Master-Pin zum Bewerten der Verformung und Rückfederung gefertigter Hairpins sowie des Abstands zwischen Pin-Beinen und Biegewinkeln. Ein KMG mit Dreh-Schwenk-Gelenk und einem Laserliniensensor bietet die für diese Anwendung erforderliche Datendichte und liefert Punktwolkendaten, die sich für den CAD-Export eignen. Der Einsatz eines Laserliniensensors mit geringem Arbeitsabstand, geeigneter Linienbreite und einer guten Anpassungsfähigkeit an die glänzenden Oberflächen der Elektromotor-Hairpins gewährleisten eine effiziente Messung. Die Dynamik des KMG trägt zusammen mit dem Dreh-Schwenk-Gelenk, das den Sensor automatisch in den geforderten Winkel dreht, zu einer weiteren Steigerung des Durchsatzes bei.   

Während der Serienproduktion lässt sich dieselbe Lösung zur Verifizierung der gefertigten Hairpins nutzen. Anhand der gescannten Daten erfolgt ein Soll-Ist-Vergleich zwischen den einzelnen gefertigten Hairpins und dem digitalen Master.